1.4.1 第一课时 空间中点、直线和平面的向量表示-【高考领航】2023-2024学年高中数学选择性必修第一册同步核心辅导与测评(人教A版)

2023-10-28
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内容正文:

1.4 空间向量的应用 1.4.1 用空间向量研究直线、平面的位置关系 第一课时 空间中点、直线和平面的向量表示 学习目标 1.理解直线的方向向量与平面的法向量.(重点)2.会求一个平面的法向量.(难点) 知识点一 空间中点的向量和直线的向量表示 1.如图,在空间中,我们取一定点O作为基点,那么空间中任意一点P就可以用向量来表示.我们把向量称为点P的位置向量. 2.用向量表示直线l,就是要利用点A和直线l的方向向量表示直线上的任意一点. 3.(1)如图,设A是直线上一点,a是直线l的方向向量,在直线l上取=a,设P是直线l上任意一点,点P在直线l上的充要条件是存在实数t,使得=ta,即=t. (2)a是直线l的方向向量,取定空间中的任意一点O,可以得到点P在直线l上的充要条件是存在实数t,使=+ta,① 将=a代入①式,得 =+t. ② ①式和②式都称为空间直线的向量表示式. [微练] 判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”). (1)直线l的方向向量与l一定重合.(  ) (2)直线l的方向向量a一定是单位向量.(  ) (3)已知A,B,P三点共线,O为空间中任一点,若=x+y,则x+y=1.(  ) (4)若点A,B在直线l上,则直线l的向量参数方程可以为=t.(  ) 答案:(1)× (2)× (3)× (4)√ 知识点二 空间中平面的向量表示 1.如图所示,设两条直线相交于点O,它们的方向向量分别为a和b,P为平面α内任意一点,由平面向量基本定理可知,存在唯一的有序实数对(x,y),使得=xa+yb. 2.如图所示,取定空间任意一点O,可以得到,空间一点P位于平面ABC内的充要条件是存在实数x,y,使=+x+y.我们把这个式子称为空间平面ABC的向量表示式.由此可知,空间中任意平面由空间一点及两个不共线向量唯一确定. 3.如图所示,直线l⊥α,取直线l的方向向量a,我们称向量a为平面α的法向量.给定一个点A和一个向量a,那么过点A,且以向量a为法向量的平面完全确定,可以表示为集合{P|a·=0}. 如何说明一个向量是平面的法向量? 提示:只需要说明该向量与平面内任意两条不共线的向量垂直即可,这和直线与平面垂直的判定定理是一致的. 题型一 直线的方向向量 1.(多选题)设(1,-2,-1),(3,-1,2) 是空间直线l上的两点,则直线l的一个方向向量v的坐标可以是(  ) A.(2,1,3)       B.(4,1,6) C.(-,-,-) D.(2,-4,-2) 解析:AC 设A(1,-2,-1),B(3,-1,2),则=(2,1,3),即为直线l的一个方向向量,-=(-,-,-)也是直线l的一个方向向量,故选AC. 2.已知直线l的一个方向向量m=(2,-1,3),且直线l过A(0,y,3)和B(-1,2,z)两点,则y-z等于(  ) A.0 B.1 C. D.3 解析:A 由题意得=(-1,2-y,z-3) 且∥m,∴==. ∴y=,z=,∴y-z=0. 3.在三棱锥A-BCD中,E是CD的中点,点F在AE上,且EF=2FA,BC⊥BD,BC⊥BA,BA⊥BD,且BC=BD=BA=1.求直线AE、BF的方向向量. 解:以BC为x轴、BD为y轴,BA为z轴,建立空间直角坐标系,则A(0,0,1),C(1,0,0),D(0,1,0) ∴=(1,0,-1),=(0,1,-1) ∴=(+)=, ∵EF=2FA, ∴==, =+=(0,0,1)+ =, ∴AE的方向向量为. BF的方向向量为. 理解直线方向向量的概念 (1)直线上任意两个不同的点都可构成直线的方向向量. (2)直线的方向向量不唯一. 题型二 确定空间中点的位置  已知点A(2,4,0),B(1,3,3),如图所示,以的方向为正向,在直线AB上建立一条数轴,P,Q为轴上的两点,且分别满足条件: (1)AP∶PB=1∶2; (2)AQ∶QB=2∶1. 求点P和点Q的坐标. 解:由已知,得=2,即-=2(-),=+.设点P坐标为(x,y,z),则上式换用坐标表示,得(x,y,z)=(2,4,0)+(1,3,3),即x=+=,y=+=,z=0+1=1.因此,P点的坐标是. 因为AQ∶QB=2∶1,所以=-2,-=-2(-),=-+2.设点Q的坐标为(x′,y′,z′),则上式换用坐标表示,得(x′,y′,z′)=-(2,4,0)+2(1,3,3)=(0,2,6),即x′=0,y′=2,z′=6.因此,Q点的坐标是(0,2,6). 求空间中点的坐标,一般要根据具体的题目条件恰当地设出点的坐标,根据向量式列出方程组,把向量运算转化为代数运算,解方程组可得点的坐标. 1.(2022·四川宜宾高二检测)已知A(1,2,-1),B(5,6,7),则

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