1.2.5 空间中的距离(Word教参)-【优化指导】2023-2024学年新教材高中数学选择性必修第一册(人教B版2019)

2023-11-08
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内容正文:

1.2.5 空间中的距离 课程标准 核心素养目标 能用向量方法解决点到直线、点到平面、相互平行的直线、相互平行的平面的距离问题 通过点到直线的距离公式、点到平面的距离公式的学习以及利用向量方法解决点到直线、点到平面、相互平行的直线、相互平行的平面的距离问题,强化数学抽象、直观想象、逻辑推理和数学运算的核心素养. 1.空间中两点之间的距离 设A(x1,y1,z1),B(x2,y2,z2)为空间中任意两点,则d=||==. 2.点到直线的距离 n0是直线l的单位方向向量,A∈l,则点P到直线l的距离d=. 3.点到平面的距离 一般地,若A是平面α外一点,B是平面α内一点,n是平面α的一个法向量,则点A到平面α的距离d=. [微练1]已知平面α的一个法向量n=(-2,-2,1),点A(-1,3,0)在α内,则P(-2,1,4)到α的距离为( D ) A.10 B.3 C. D. 解析:=(-1,-2,4),d==. 4.相互平行的直线与平面之间、相互平行的平面与平面之间的距离 (1)如果直线l与平面α平行,n是平面α的一个法向量,A,B分别是l上和α内的点,则直线l与平面α之间的距离为d=. (2)如果平面α与平面β平行,n是平面β的一个法向量(当然也是平面α的一个法向量),A和B分别是平面α与平面β内的点,则平面α与平面β之间的距离为d=. 解决立体几何问题的三种方法 (1)综合方法:以逻辑推理作为工具解决问题. (2)向量方法:利用向量的概念及其运算解决问题. (3)坐标方法:建立直角坐标系,利用坐标表示几何对象或向量,通过运算解决几何问题. [微练2](多选)已知平面α∥平面β,直线l⊂α,α与β之间的距离为d,则下列命题正确的是( CD ) A.β内有且仅有一条直线与l的距离为d B.β 内所有的直线与l的距离都等于d C.β内有无数条直线与l的距离为d D.β内所有直线与α的距离都等于d 解析:在直线l上任取一点O,过O作OA⊥β于A,在平面β内,与l不平行的所有直线与l距离都是d,否则不一定是d,所以AB错误,CD正确. 知识点一 求两点间的距离 已知在矩形ABCD中,AB=4,AD=3,沿对角线AC折叠,使平面ABC与平面ADC垂直,求点B,D之间的距离. 解:方法一:过点D和点B分别作DE⊥AC于点E,BF⊥AC于点F, 则由已知条件可知AC=5, ∴DE==,BF==. ∵AE===CF,∴EF=5-2×=. ∵=++, ∴||2=(++)2=2+2+2+2·+2·+2·. ∵平面ADC⊥平面ABC,DE⊥AC, ∴DE⊥平面ABC,∴DE⊥BF,即⊥, 故B,D间距离是. 方法二:过点D作DE⊥AC于点E,过点B作BF⊥AC于点F,过点E作FB的平行线EP,以E为坐标原点,EP,EC,ED所在直线为x轴,y轴,z轴建立空间直角坐标系,如图. DE=FB=,EF=, ∴D(0,0,),B(,,0),∴=(,,-), ∴||==. 故B,D间距离是. [探究] 若将本例中条件“使平面ABC与平面ADC垂直”变为“使平面ABC与平面ADC重叠”,则结论又如何? 解:当改变条件后,就变为了平面几何问题,如图所示,BD=EF,又由本例中结论可知BD=AC-2AE=. 用向量法求两点间距离的方法主要是坐标法和基向量法,设A(x1,y1,z1),B(x2,y2,z2),则dAB=||=,或利用|a|=求解. 知识点二 点到直线的距离 如图,在棱长为a的正方体ABCD­A1B1C1D1中,M是线段DC1的中点,以D为坐标原点,以DA,DC,DD1所在直线分别为x轴、y轴、z轴建立空间直角坐标系.求点M到直线AD1的距离. 解:如题图,则A(a,0,0),C1(0,a,a),D1(0,0,a),M(0,,),=(-a,0,a),=(0,-,), 直线AD1的一个单位方向向量s=(-,0,), ||2=a2,·s=a, 所以点M到直线AD1的距离 [探究] (变条件)将本例条件“M是线段DC1的中点”改为“M是线段DC1上的动点”,试求点M到直线AD1距离的最小值. 解:如题图,则A(a,0,0),D1(0,0,a), 设M(0,m,m)(0≤m≤a),=(-a,0,a),直线AD1的一个单位方向向量s=(-,0,),=(0,-m,a-m),故点M到直线AD1的距离d===, 根式内的二次函数在m=-=时取最小值()2-a×+a2=a2,故d的最小值为a. 利用向量法求点N到直线l的距离的步骤 第一步:建系,依据图形先求出直线l的单位方向向量s. 第二步:在直线l上任取一点M(注:点M可选直线l便于计算),计算点M与直线l外的点N的方向向量. 第三步:易知垂线段的长度可利用直角三角

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