1.1.2 空间向量的数量积运算 课件-2026-2027学年高二上学期数学人教A版选择性必修第一册
2026-08-06
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普通
资源信息
| 学段 | 高中 |
| 学科 | 数学 |
| 教材版本 | 高中数学人教A版选择性必修 第一册 |
| 年级 | 高二 |
| 章节 | 1.1.2 空间向量的数量积运算 |
| 类型 | 课件 |
| 知识点 | - |
| 使用场景 | 同步教学-新授课 |
| 学年 | 2026-2027 |
| 地区(省份) | 全国 |
| 地区(市) | - |
| 地区(区县) | - |
| 文件格式 | PPTX |
| 文件大小 | 5.94 MB |
| 发布时间 | 2026-08-06 |
| 更新时间 | 2026-08-06 |
| 作者 | xkw_026591929 |
| 品牌系列 | - |
| 审核时间 | 2026-08-06 |
| 下载链接 | https://m.zxxk.com/soft/59103213.html |
| 价格 | 2.00储值(1储值=1元) |
| 来源 | 学科网 |
|---|
摘要:
该高中数学课件聚焦空间向量的数量积运算,涵盖概念、运算律、性质及夹角、长度、垂直问题的应用。通过平面向量数量积迁移导入,搭建从平面到空间的学习支架,帮助学生衔接前后知识。
其亮点是结合正四面体、平行六面体实例,用数学眼光抽象空间向量关系,通过线面垂直证明等培养数学思维,以数量积公式和投影向量体现数学语言。随堂与课时练习助力学生巩固,教师可借分层设计提升教学效率。
内容正文:
空间向量的数量积运算
第一章 1.1.2
学习目标
1.理解和掌握空间向量数量积的概念及运算律.(重点)
2.初步体验空间向量在解决立体几何有关问题中的重要价值,掌握用数量积处理空间中夹角、长度、线面垂直问题的方法.(难点)
在平面向量中已经学过两个平面向量的数量积运算,由于任意两个空间向量都可以通过平移转化为同一平面内的向量,因此,两个空间向量的夹角和数量积就可以像平面向量那样来定义.
导语
3
内容索引
01
02
空间向量数量积的性质
空间向量的数量积运算
04
随堂演练
03
课时对点练
01
空间向量的数量积运算
1.空间向量的夹角
(1)定义:已知两个非零向量a,b,在空间任取一点O,作=a,=b,则 叫做向量a,b的夹角,记作〈a,b〉.
(2)范围: .
(3)向量垂直:如果〈a,b〉= ,那么向量a,b互相垂直,记作 .
知识梳理
∠AOB
0≤〈a,b〉≤π
a⊥b
对空间任意两个非零向量a,b有:①〈a,b〉=〈b,a〉;
②〈-a,b〉=〈a,-b〉=π-〈a,b〉;③〈-a,-b〉=〈a,b〉.
注意点
7
2.(1)空间向量的数量积
已知两个非零向量a,b,则|a||b|cos〈a,b〉叫做a,b的数量积,记作a·b,即a·b= .零向量与任意向量的数量积为0,即0·a= .
(2)运算律
①(λa)·b= ,λ∈R.
②交换律:a·b= .
③分配律:(a+b)·c= .
|a||b|cos〈a,b〉
0
λ(a·b)
b·a
a·c+b·c
3.向量的投影
(1)如图①,在空间,向量a向向量b投影,由于它们是自由向量,因此可以先将它们平移到同一个平面α内,进而利用平面上向量的投影,得到与
向量b共线的向量c,c= ,向量c称为向量a在向量b上的投影向量.类似地,可以将向量a向直线l投影(如图②).
|a|cos〈a,b〉
(2)如图③,向量a向平面β投影,就是分别由向量a的起点A和终点B作平面β的垂线,垂足分别为A',B',得到向量,向量称为向量a在平面β上的投影向量.这时,向量a,的夹角就是向量a所在直线与平面β所成的角.
(1)向量a,b的数量积记为a·b,而不能表示为a×b或者ab.
(2)向量的数量积的结果为实数,而不是向量,它可以是正数、负数或零,其符号由夹角θ的范围决定.
①当θ为锐角时,a·b>0;但当a·b>0时,θ不一定为锐角,因为θ也可能为0.
②当θ为钝角时,a·b<0;但当a·b<0时,θ不一定为钝角,因为θ也可能为π.
(3)对任意向量a,b,c,由a·b=a·c不一定推出b=c,另外(a·b)·c与a·(b·c)不一定相等.
注意点
11
已知空间向量|a|=,|b|=5,且a与b夹角的余弦值为-,则a
在b上的投影向量为
A.-b B.b
C.b D.-b
例1
√
解析:
a在b上的投影向量为
|a|cos〈a,b〉·=×·
=-·=-b.
12
如图所示,已知正四面体ABCD的棱长为1.
例2
13
与的夹角等于
A.30° B.60°
C.150° D.120°
延伸探究1
解析:
〈,〉=180°-〈,〉=180°-60°=120°.
√
14
若点E,F分别是AB,AD的中点,计算:
①·;
延伸探究2
解:
·=·
=||||cos〈,〉
=×1×1×cos 60°=.
15
若点E,F分别是AB,AD的中点,计算:
②·;
延伸探究2
解:
·=·
=||||cos〈,〉
=×1×1×cos 0°=.
16
若点E,F分别是AB,AD的中点,计算:
③·;
延伸探究2
解:
·=·
=||||cos〈,〉
=×1×1×cos 120°=-.
17
若点E,F分别是AB,AD的中点,计算:
④·.
延伸探究2
解:
·=+)·+)
=·(-)+·(-)+·+·]
=[-·-·+(-)·+·]
=×=-.
18
记=a,=b,=c.若=2a-2b,=b-c,则·= .
延伸探究3
-1
解析:
由题意得a·b=·
=||||cos∠BAC=1×1×cos 60°=,
同理b·c=c·a=,
所以·=(2a-2b)·(b-c)
=2(a·b-b2-a·c+b·c)=-1.
19
(1)当两个非零空间向量同向共线时,夹角为0,反向共线时,夹角为π.
(2)由向量数量积的定义知,要求a与b的数量积,需已知|a|,|b|和〈a,b〉,a与b的夹角与方向有关,一定要根据方向正确判定夹角的大小,才能使a·b计算准确.
反思感悟
20
02
空间向量数量积的性质
设a,b是两个非零向量,它们的夹角是θ,e是与b方向相同的单位向量,则
(1)a·e=e·a= .
(2)a⊥b⇔ .
(3)当a,b同向时,a·b= ;
当a,b反向时,a·b= .
(4)a·a= 或|a|= .
(5)|a·b|≤ .
(6)cos θ=.
以上性质说明,可以从向量角度有效地分析有关垂直、长度、角度等问题.
cos θ
a·b=0
-
|a|2
(1)(课本例2)如图,在平行六面体ABCD-A'B'C'D'中,AB=5,AD=3,AA'=7,∠BAD=60°,∠BAA'=∠DAA'=45°.求:
①·;
例3
解:
·=||||cos〈,〉=5×3×cos 60°=7.5.
23
(1)(课本例2)如图,在平行六面体ABCD-A'B'C'D'中,AB=5,AD=3,AA'=7,∠BAD=60°,∠BAA'=∠DAA'=45°.求:
②AC'的长(精确到0.1).
例3
解:
||2=(++)2
=||2+||2+||2+2(·+·+·)
=52+32+72+2(5×3×cos 60°+5×7×cos 45°+3×7×cos 45°)=98+56,
所以AC'≈13.3.
24
(2)(课本例3)如图,m,n是平面α内的两条相交直线.如果l⊥m,l⊥n,求证:l⊥α.
例3
证明:
如图,在平面α内作任意一条直线g,分别在直线l,m,
n,g上取非零向量l,m,n,g.
因为直线m与n相交,所以向量m,n不平行.由向量共面
的充要条件可知,存在唯一的有序实数对(x,y),使g=xm+yn.
将上式两边分别与向量l作数量积运算,得
l·g=xl·m+yl·n.
25
(2)(课本例3)如图,m,n是平面α内的两条相交直线.如果l⊥m,l⊥n,求证:l⊥α.
例3
证明:
因为l·m=0,l·n=0,
所以l·g=0.
所以l⊥g.
这就证明了直线l垂直于平面α内的任意一条直线,所以l⊥α.
26
如图所示,已知正四面体ABCD的棱长为1,记=a,=b,=c.
例3
27
|a-b+2c|等于
A.5 B.6 C. D.
延伸探究1
解析:
由题意,得a·b=b·c=a·c=,
a2=b2=c2=1,
所以|a-b+2c|=
=
==.
√
28
若点E,G分别为AB和CD的中点,求E,G间的距离.
延伸探究2
解:
=++=+(-)+-)=a+(b-a)+(c-b)
=-a+b+c,
所以=a2+b2+c2-a·b-a·c+b·c=,
所以||=,即E,G间的距离为.
29
在延伸探究2的条件下,求异面直线EG与BD所成的角的余弦值.
延伸探究3
解:
由延伸探究2知,=-a+b+c,
||=,
又=-=c-a,
所以·=(-a+b+c)·(c-a)
30
在延伸探究2的条件下,求异面直线EG与BD所成的角的余弦值.
延伸探究3
解:
=(-a·c+b·c+c2+a2-a·b-a·c)
=×=,
又||=1,则cos〈·〉===.
故异面直线EG与BD所成的角的余弦值为.
31
证明:异面直线AB与CD垂直.
延伸探究4
证明:
=-=c-b,
·=a·(c-b)=a·c-a·b
=-=0,
所以⊥,所以AB⊥CD.
32
课堂小结
1.知识清单:
(1)空间向量的夹角、投影向量.
(2)空间向量数量积的性质及运算律.
(3)空间向量的垂直.
2.方法归纳:化归转化.
3.常见误区:
(1)数量积的符号由夹角的余弦值决定.
(2)当a≠0时,由a·b=0可得a⊥b或b=0.
33
03
随堂演练
1
2
3
4
1.(多选)对任意的空间向量a,b,c,下列说法正确的是
A.若a⊥b,b⊥c,则a∥c
B.(a·b)c=a(b·c)
C.a·(b+c)=a·b+a·c
D.λa·b=λ(a·b)
√
1
2
3
4
解析:
选项A,若a⊥b,b⊥c,则a与c不一定平行,如在正方
体ABCD-A1B1C1D1中,满足⊥,⊥,此时
⊥,故A说法错误;
选项B,(a·b)c表示与c共线的向量,a(b·c)表示与a共线
的向量,所以(a·b)c与a(b·c)不一定相等,故B说法错误;
选项C,向量的数量积满足乘法分配律,所以a·(b+c)=a·b+a·c,故C说法正确;
选项D,由数量积运算的数乘结合律可得λa·b=λ(a·b),故D说法正确.
2.已知向量i,j,k是一组单位向量,且两两垂直.若m=8j+3k,n=-i+5j-4k,则m·n的值为
A.7 B.-20 C.28 D.11
√
解析:
因为向量i,j,k是一组单位向量,
且两两垂直,所以|i|=|j|=|k|=1且i·j=j·k=i·k=0.
因为m=8j+3k,n=-i+5j-4k,
所以m·n=(8j+3k)·(-i+5j-4k)
=40|j|2-12|k|2=40-12=28.
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3.在正三棱锥P-ABC中,·=||||,E,F分别是PA,PB的中点,则〈,〉等于
A. B. C. D.
√
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3
4
解析:
由·=||||cos〈,〉=||||,
所以cos〈,〉=,由于〈,〉∈,所以〈,〉=,
在正三棱锥中,PA=PB,则△PAB是等边三角形,
E,F分别是PA,PB的中点,所以EF∥AB,
所以∠PFE=,所以〈,〉=π-=.
1
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3
4
4.若向量a,b均为单位向量,且向量a,b的夹角为,则= .
解析:
===
=.
04
课时对点练
答案
1
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12
对一对
13
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题号 1 2 3 4 5 6 7 8
答案 C D C BC A D ABC
题号 9 11 12 13 15 16
答案 A ACD C B
16
10.
答案
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12
(1)令=a,=b,=c,则|a|=|b|=|c|=2,a·b=a·c=c·b=2,
=b-a,=c,·=(b-a)·c=b·c-a·c=0,
∴⊥,∴四边形BCC1B1是边长为2的正方形,
∴四边形BCC1B1的面积为4.
(2)如图,连接AG,AH,由(1)得=b,
=-=(+)-+)=-(b+a)=c-a,
13
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10.
答案
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12
∴||===,||=2,
∴·=b·=b·c-b·a=1,
设直线A1C1与GH所成的角为θ,
则cos θ=|cos〈,〉|===,
∴直线A1C1与GH所成角的余弦值为.
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答案
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12
(1)证明 设=a,=b,=c.依题意有|a|=|b|,
=-=a-b.
设,,两两夹角均为θ,
于是·=c·(a-b)=c·a-c·b=|c||a|cos θ-|c||b|cos θ=0,
∴CC1⊥BD.
(2)解 若A1C⊥平面C1BD,
则A1C⊥DC1,A1C⊥BD.
14.
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答案
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12
由·=(+)·(-)=(a+b+c)·(a-c)
=|a|2-a·c+a·b-b·c+c·a-|c|2
=|a|2-|c|2+|b||a|cos θ-|b||c|cos θ
=(|a|-|c|)(|a|+|c|+|b|cos θ)=0,
得当|c|=|a|时,A1C⊥DC1.
同理可证,当|a|=|b|时,A1C⊥BD.
∴当=1时,A1C⊥平面C1BD.
14.
13
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15
16
1.已知|a|=2,空间向量e为单位向量,〈a,e〉=,则空间向量a在向量e方向上的投影向量为
A.e B.e C.-e D.-e
√
答案
1
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12
基础巩固
13
14
15
解析:
由投影向量公式得空间向量a在向量e方向上的投影向量为|a|cos〈a,e〉e=
2×cose=-e.
16
2.在正三棱柱ABC-A1B1C1中,AB=2,D为A1B的中点,则·等于
A.-1 B.- C. D.1
√
答案
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解析:
因为D为A1B的中点,故=+,
在正三棱柱ABC-A1B1C1中,AA1⊥AC,故·=0,
于是·=·+·=||||cos∠BAC=×2×
2×=1.
3.平行六面体(底面为平行四边形的四棱柱)ABCD-A1B1C1D1的所有棱长都为1,且∠A1AD=∠A1AB=60°,∠DAB=45°,则BD1等于
A.-1 B.-1
C. D.-
√
答案
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解析:
如图,因为=-+,
所以||2=|-+|2=||2+||2+||2
-·-2·+2·
=1+1+1-2×1×1×cos 45°-2×1×1×cos 60°+2×1×1×cos 60°=3-,所以||=.
4.(多选)如图所示,已知空间四边形每条边和对角线长都为a,点E,F,G分别是AB,AD,DC的中点,则下列向量的数量积等于a2的是
A.2· B.2·
C.2· D.2·
√
答案
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√
解析:
对于A,2·=2a2cos 120°=-a2,A错误;
对于B,2·=2·=2a2cos 60°=a2,B正确;
对于C,2·=·=a2,C正确;
对于D,2·=·=-·=-a2,D错误.
5.在棱长为1的正方体ABCD-A1B1C1D1中,M为棱CC1上任意一点,则·等于
A.1 B.2 C.-1 D.-2
√
答案
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解析:
如图,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,AD⊥AB,AD⊥
AA1,=+,又M为棱CC1上任意一点,则
=λ=λ,0≤λ≤1,
∴·=(+)·=(++λ)·=0++0=1.
6.已知空间向量a,b,c满足a+b+c=0,|a|=2,|b|=3,|c|=4,则a与b的夹角为
A.30° B.45°
C.60° D.以上都不对
答案
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√
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答案
1
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11
12
解析:
设a与b的夹角为θ,
由a+b+c=0,得a+b=-c,
两边平方,得a2+2a·b+b2=c2,
因为|a|=2,|b|=3,|c|=4,
所以4+2×2×3cos θ+9=16,
解得cos θ=,
即A,B,C选项均不满足cos θ=.
13
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15
16
7.(多选)在正方体ABCD-A1B1C1D1中,下列命题是真命题的是
A.(++)2=3
B.·=0
C.与的夹角为60°
D.正方体ABCD-A1B1C1D1的体积为|·|||
答案
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√
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√
√
答案
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解析:
设正方体的棱长为a,
A选项,(++)2=+++2(·+·
+·)=3a2=3,A选项正确;
B选项,·=(-)·(+)=(+-)·(+)=(-)·(+)+·(+)=-+·+·=a2-a2=0,B选项正确;
答案
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解析:
C选项,由于△AB1D1是等边三角形,所以与的
夹角为60°,C选项正确;
D选项,|·|||=0,所以D选项错误.
8.已知向量a,b满足=1,=2,且(b-2a)⊥b,则= .
答案
1
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解析:
因为(b-2a)⊥b,
所以(b-2a)·b=0,即b2=2a·b,
又因为=1,=2,
所以1+4a·b+4b2=1+6b2=4,
从而=.
16
9.在棱长均为1的三棱柱ABC-A1B1C1中,∠A1AB=∠A1AC=,M为线段BC
的中点,则线段A1M的长度为 .
答案
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解析:
连接AM,因为=-=+-,
所以=+++·-·-·,
又三棱柱ABC-A1B1C1的棱长均为1,∠A1AB=∠A1AC=∠CAB=,
所以=++1+cos-cos-cos=,则=.
10.如图,所有棱长都为2的斜三棱柱ABC-A1B1C1中,∠A1AB=∠A1AC=60°,G,H分别是BC,A1C1的中点.
(1)求四边形BCC1B1的面积;
答案
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12
令=a,=b,=c,则|a|=|b|=|c|=2,a·b=a·c=c·b=2,
=b-a,=c,
·=(b-a)·c=b·c-a·c=0,
∴⊥,∴四边形BCC1B1是边长为2的正方形,
∴四边形BCC1B1的面积为4.
解:
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答案
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10.如图,所有棱长都为2的斜三棱柱ABC-A1B1C1中,∠A1AB=∠A1AC=60°,G,H分别是BC,A1C1的中点.
(2)求直线A1C1与GH所成角的余弦值.
解:
如图,连接AG,AH,由(1)得=b,
=-=(+)-+)=-(b+a)=c-a,
∴||===,
||=2,
答案
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10.如图,所有棱长都为2的斜三棱柱ABC-A1B1C1中,∠A1AB=∠A1AC=60°,G,H分别是BC,A1C1的中点.
(2)求直线A1C1与GH所成角的余弦值.
解:
∴·=b·=b·c-b·a=1,
设直线A1C1与GH所成的角为θ,
则cos θ=|cos〈,〉|===,
∴直线A1C1与GH所成角的余弦值为.
11.如图,在棱长为1的正四面体ABCD中,M,N分别为BC,AD的中点,且在方向上的投影向量为μ,则μ的值为
A. B. C. D.
答案
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综合运用
√
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解析:
由题知,在方向上的投影向量为··,
又·=-+)·+)
=-+)·(-+-)
=-+)·(-2+)
=-(-2·+·-2+·)=-×(-2×1×1×cos 60°+1×1×
cos 60°-2×1+1×1×cos 60°)=,
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答案
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解析:
且=
==,
所以··=·=,所以μ=.
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12.(多选)如图,在四面体ABCD中,设=a,=b,=c,下列条件能证明⊥的是
A.a·b=a·c
B.||=||,||=||,||=||
C.||=||,||=||
D.·=0,·=0
√
答案
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√
√
答案
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解析:
因为=-=c-b,
要证⊥,即证·=a·(c-b)=a·c-a·b=0.
对于A选项,由a·b=a·c,则a·c-a·b=0,所以⊥成立,故A正确;
对于B选项,将四面体ABCD放入长方体中,使||与||,||与||,||与||分别为相对面的对角线长,
显然AB与CD不一定垂直,如图,当长方体的底面不为
正方形时,AB与CD不垂直,故B错误;
答案
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解析:
对于C选项,因为||=||,||=||,
即|b|=|b-a|和|c|=|c-a|,平方得b2=a2-2a·b+b2,c2=a2-2a·c+c2,
即|a|2=2a·b和|a|2=2a·c,
所以a·b=a·c,结合A选项分析,故C正确;
对于D选项,由·=0得·-·=0,即b·c=a·b, ①
由·=0得·-·=0,即b·c=a·c, ②
由①②得a·b=a·c,所以结合A选项分析,故D正确.
13.在四面体OABC中,棱OA,OB,OC两两垂直,且OA=1,OB=2,OC
=3,G为△ABC的重心,则·(++)= .
答案
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解析:
∵OA,OB,OC两两垂直,
∴·=·=·=0,
且=,故·(++)=++)2
=(||2+||2+||2)
=×(1+4+9)=.
14.如图,已知平行六面体ABCD-A1B1C1D1的底面ABCD是菱形,且∠C1CB=∠C1CD=∠BCD且为锐角.
(1)求证:CC1⊥BD;
答案
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证明:
设=a,=b,=c.依题意有|a|=|b|,
=-=a-b.
设,,两两夹角均为θ,
于是·=c·(a-b)=c·a-c·b=|c||a|cos θ-|c||b|cos θ=0,
∴CC1⊥BD.
14.如图,已知平行六面体ABCD-A1B1C1D1的底面ABCD是菱形,且∠C1CB=∠C1CD=∠BCD且为锐角.
(2)当的值为多少时,能使A1C⊥平面C1BD?请给出证明.
答案
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若A1C⊥平面C1BD,
则A1C⊥DC1,A1C⊥BD.
由·=(+)·(-)
=(a+b+c)·(a-c)
=|a|2-a·c+a·b-b·c+c·a-|c|2
解:
14.如图,已知平行六面体ABCD-A1B1C1D1的底面ABCD是菱形,且∠C1CB=∠C1CD=∠BCD且为锐角.
(2)当的值为多少时,能使A1C⊥平面C1BD?请给出证明.
答案
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=|a|2-|c|2+|b||a|cos θ-|b||c|cos θ
=(|a|-|c|)(|a|+|c|+|b|cos θ)=0,
得当|c|=|a|时,A1C⊥DC1.
同理可证,当|a|=|b|时,A1C⊥BD.
∴当=1时,A1C⊥平面C1BD.
解:
15.已知EF是棱长为6的正方体的一条体对角线,点M在正方体表面上运动,则·的最小值为
A.0 B.-9 C.-18 D.-36
答案
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拓广探究
√
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解析:
如图,EF是棱长为6的正方体的一条体对角线,也是正方
体外接球的一条直径,由正方体的特征可得其外接球的半
径为=3,设外接球球心为O,则=-,
则·=(+)·(+)=(+)·(-)
=||2-||2=||2-=||2-27,
由于点M在正方体表面上运动,故||的最小值为球心O与正方体表面的中心连线的长,
即为正方体棱长的一半,为=3,所以·的最小值为32-27=-18.
16.如图,在三棱锥A-BCD中,AB,AC,AD两两垂直,AB=3,E,M在棱AB上,N,F在棱AC上,P,G在棱AD上,且AE=EM=MB,AN=NF=
FC,AP=PG=GD,平面EFG∩平面MNP=O1O2,点O为线段O1O2上的一个动点(不包括端点),则·等于
A.4 B.2
C.3 D.1
答案
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解析:
连接EN,MF(图略),
∵AE=EM,AN=NF,
∴EN∥MF且EN=MF,
∴=,
∴=+=+=+-)=+,
同理可得=+.
由点O为线段O1O2上的一个动点(不包括端点),可设=x+(1-x)
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答案
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解析:
=x+(1-x)
=++(0<x<1),
又||=1,⊥,⊥,
∴·=·+·+·=×1×3=2.
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THANKS
本课结束
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