内容正文:
高中数学 选择性必修 第一册 B版
赢在微点 轻松课堂 数学
第一章
空间向量与立体几何
1.1.2 空间向量基本定理
第2课时 空间向量基本定理
1.1 空间向量及其运算
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1.1.2 第2课时 空间向量基本定理
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情境导入
课程标准
学生小李参加某大学自主招生考试,在一楼咨询处小李得知:面试地点由此向东100米,再向南150米,然后乘1号电梯到位于6楼的2号学术报告厅参加面试。设e1是向东的单位向量,e2是向南的单位向量,e3是向上的单位向量。假定每层楼高为3米,你能用e1,e2,e3表示出由咨询处到面试地点的向量p吗?
1.理解空间向量基本定理,会选择适当基底表示其他向量。
2.能够解决立体几何中的简单问题。
唯一
知识点、空间向量基本定理
1. 如果空间中的三个向量a,b,c不共面,那么对空间中的任意一个向量p,存在
的有序实数组(x,y,z),使得p= 。
2.如果三个向量a,b,c不共面,则它们的线性组合xa+yb+zc能生成所有的空间向量。因此,空间中不共面的三个向量a,b,c组成的集合{a,b,c},常称为 。此时,a,b,c都称为 。
xa+yb+zc
空间向量的一组基底
基向量
微思考
如何理解空间向量基本定理?
提示:(1)空间中任意三个不共面的向量都可构成空间的一组基底;
(2)零向量与任意向量共面,所以零向量不能作为基向量;
(3)注意区分基底与基向量,一组基底{a,b,c}中的a,b,c都叫基向量;
(4)当a,b,c不共面时,可知xa+yb+zc=0⇔x=y=z=0。
类型一 用基底表示空间向量
【例1】 如图,在三棱柱ABC⁃A'B'C'中,已知=a,
=b,=c,点M,N分别是BC',B'C'的中点,试用基底{a,b,c}
表示向量,。
解 连接A'N(图略),=+=+(+)=++=+
()+=++=(a+b+c)。=+=+(+)
=+(+)=a+b+c。
【互动探究】 若把例1中“=a”改为“=a”,其他条件不变,则结果是什么?
解 因为M为BC'的中点,N为B'C'的中点,所以=(+)=a+b。=(+)=(++)=++=+()+=+=b+a-c。
用基底表示向量的步骤
(1)定基底:根据已知条件,确定三个不共面的向量构成空间的一组基底。
(2)找目标:用确定的基底(或已知基底)表示目标向量,需要根据三角形法则及平行四边形法则,结合相等向量的代换、向量的运算进行变形、化简,最后求出结果。
(3)下结论:利用空间向量的一组基底{a,b,c}可以表示出空间所有向量。表示要彻底,结果中只能含有a,b,c,不能含有其他形式的向量。
【变式训练】 如图,在正方体ABCD⁃A1B1C1D1中,用,,作为基向量,则= 。
解析 2=2+2+2=(+)+(+)+(+)=++,所以=(++)。
类型二 空间向量数量积的运算
【例2】 已知长方体ABCD⁃A1B1C1D1中,AB=AA1=2,AD=4,E为AB1的中点,F为A1D1的中点。试计算:
(1)·;(2)·;(3)·。
解 如图,设=a,=b,=c,则|a|=|c|=2,|b|=4,a·b=b·c=c·a
=0。
(1)·=·()=·[(+)]=b·
[b-(-c+a)]=|b|2=42=16;
(2)·=(+)·(+)=(+)·(+)=·(a+c)=|c|2-|a|2=22-22=0;
(3)·=(+)·(+)=·(+)=[(c-a)+
b]·(b+a)=(-a+b+c)·(b+a)=-|a|2+|b|2=2。
在几何体中求空间向量的数量积,首先要充分利用向量所在的图形,将各向量分解成已知模和夹角的向量的组合形式;其次利用向量的数量积满足的运算律将数量积展开,转化为已知模和夹角的向量的数量积;最后利用数量积的定义求解即可。注意挖掘几何体中的垂直关系或者特殊角。
【变式训练】 如图所示,已知正方体ABCD⁃A1B1C1D1的棱长为2,则·
= 。
解析 设=a,=b,=c,且|a|=|b|=|c|=2,因为=+=a-c,=+
=b-c,所以·=(a-c)·(b-c)=c2=4。
1.已知点O,A,B,C为空间不共面的四点,且向量a=++,向量b=+,则与a,b不能构成一组基底的向量是
( )
A.
B.
C.
D.或
解析 因为=a-b,且a,b不共线,所以a,b,共面,所以与a,b不能构成一组空间基底。
2.如图所示,空间四边形OABC中,=a,=b,=c,点M在OA上,且=2,N为BC中点,则等于 ( )
A.a-b+c
B.-a+b+c
C.a+b-c
D.a+b-c
解析 ==(+)-=(b+c)-a=-a+b+c。故选B。
3.在棱长为1的正四面体ABCD中,E,F分别是BC,AD的中点,则·等于
( )
A.0
B.
C.-
D.-
解析 ·=(+)·=·+··||2=cos 60°
+cos 60°-cos 60°-=-。
4.已知A,B,P三点共线,O为空间任意一点,=α+β,则α+β= 。
解析 因为A,B,P三点共线,所以存在实数t,使=(1-t)+t,因为=α+β,所以α=1-t,β=t。即α+β=1-t+t=1。
5.已知正四面体OABC的棱长为1,如图。求:
(1)·;
(2)(+)·(+);
(3)|++|。
解 在正四面体OABC中,||=||=||=1。<,>=<,>=<,>=60°。
(1)·=||||·cos∠AOB=1×1×cos 60°=。
(2)(+)·(+)=(+)·(+)=(+)·(+-2)=+
2·-2·+-2·=12+2×1×1×cos 60°-2×1×1×cos 60°+12-2×1×1×cos 60°
=1+1-1+1-1=1。
(3)|++|===。
$$