1.4.2 第1课时 用空间向量研究距离问题(课件PPT)-【学霸笔记·同步精讲】2026-2027学年高中数学选择性必修第一册（人教A版）

该高中数学课件聚焦用空间向量研究距离问题，涵盖点到直线、点到平面、平行直线及平行平面间的距离。课堂导入通过回忆平面中点到直线距离的向量方法，搭建从平面到空间的知识迁移支架，引导学生类比探究空间距离的向量求解思路。 其亮点在于以数学抽象和数学运算为核心，通过建立空间直角坐标系、推导距离公式（如点面距公式），系统呈现向量方法的应用。例题结合直观想象强化化归转化思想，小结梳理数学思想与方法，助力学生构建知识体系，为教师提供清晰教学流程和丰富实例，提升教学效率。

第一课时　用空间向量研究距离问题 第一章　空间向量与立体几何 1 课标要求 1.能用向量方法解决点到直线、点到平面、相互平行的直线、相互平行的平面间的距离问题（数学抽象、数学运算）. 2.通过空间中距离问题的求解，体会向量方法在研究几何问题中的作用（数学运算、直观想象）. 情境导入 　　几何学中，经常需要计算两个图形间的距离.一个图形内任一点与另一个图形内任一点的距离中的最小值，通常叫做这两个图形的距离.空间中常见的距离有：两点间的距离、点到直线的距离、点到平面的距离、相互平行的直线之间的距离、相互平行的平面之间的距离等.计算距离是空间度量最基本的问题.如何用向量方法求解这些距离呢？ 目 录 CONTENTS 知识点一　点到直线的距离 知识点二　点到平面的距离 知识点三　直线、平面到平面的距离 小结与自测 教材挖掘　异面直线间的距离 课时作业 知识点一　点到直线的距离 目录 5 问题　回忆一下，在平面中，若直线l的单位方向向量为u，A是直线l上 的定点，P是直线l外一点.如何求点P到直线l的距离？ 提示：如图，设 ＝a，则向量 在直线l上的投影向量 ＝（a·u）u.在Rt△APQ中，由勾股定理，得点P到直线l 的距离为PQ＝ ＝ . 数学·选择性必修第一册 目录 点到直线的距离： 如图，直线l的单位方向向量为u，A是直线l上的定点，P是直线l外一 点.设 ＝a，则向量 在直线l上的投影向量 ＝（a·u）u.在 Rt△APQ中，由勾股定理，得点P到直线l的距离为PQ ＝ 　 　＝ 　 　. 　 　 数学·选择性必修第一册 目录 【微思考】 如何求两条平行直线之间的距离？ 提示：可在其中一条直线l上任取一点P，将两条平行直线之间的距离转化 为点P到另一条直线m的距离求解. 数学·选择性必修第一册 目录 （链接教材P34例6（1））如图，在四棱锥P-ABCD中，PB⊥平面 ABCD，PB＝AB＝2BC＝4，AB⊥BC，则点C到直线PA的距离为 （　　） A. 2 B. 2 C. D. 4 √ 数学·选择性必修第一册 目录 解析：　如图，以B为坐标原点，BC，BA，BP所在 直线分别为x轴、y轴、z轴，建立空间直角坐标系.则B （0，0，0），C（2，0，0），A（0，4，0），P（0， 0，4），故 ＝（2，0，－4）， ＝（0，4，－ 4），所以 在 上的投影向量的长度d＝ ＝ ＝2 ，故点C到直线PA的距离h＝ ＝ ＝2 ，故选A. 数学·选择性必修第一册 目录 规律方法 用向量法求点到直线的距离的一般步骤 （1）建立空间直角坐标系； （2）求直线的单位方向向量u； （3）计算所求点与直线上某一点所构成的向量a； （4）利用公式d＝ 计算点到直线的距离. 数学·选择性必修第一册 目录 训练1　（1）如图，在正三棱柱ABC-A1B1C1中，若BB1＝2 ，AB＝2， 则点C到直线AB1的距离为 ⁠； ​ 数学·选择性必修第一册 目录 解析：设AC的中点为O，建立如图所示的空间直角坐标 系，则A（1，0，0），B1（0， ，2 ），C（－1， 0，0）， ＝（－1， ，2 ）， ＝（－2，0， 0），所以点C到直线AB1的距离为 ＝ ＝ . 数学·选择性必修第一册 目录 （2）如图，在棱长为1的正方体ABCD-A1B1C1D1中，E为线段DD1的中 点，F为线段BB1的中点，则直线FC1到直线AE的距离为 ⁠. ​ 数学·选择性必修第一册 目录 解析：以D为原点，分别以 ， ， 的方向为x轴，y轴，z轴正方向建立空间直角坐标系（图略）.易知FC1∥AE，∴直线FC1到直线AE的距离等于点C1到直线AE的距离.易得C1（0，1，1），A（1，0，0），E（0，0， ）.∴ ＝（1，－1，－1）， ＝（－1，0， ）.∴直线AE的单位方向向量为v＝ ＝（－ ，0， ），设 ＝m，则点C1到直线AE的距离为 ＝ .∴直线FC1到直线AE的距离为 . 数学·选择性必修第一册 目录 知识点二　点到平面的距离 目录 16 问题　已知平面α的法向量为n，A是平面α内的定点，P是平面α外一点， 如何求平面α外一点P到平面α的距离？ 提示：过点P作PQ⊥平面α，垂足为Q，则线段PQ的长 度就是点到平面α的距离，而 ∥n，所以向量 在法 向量n方向上的投影向量 的长度就等于线段PQ的长 度，即PQ＝ . 数学·选择性必修第一册 目录 点到平面的距离：如图，已知平面α的法向量为n，A是平面α内的定点， P是平面α外一点.过点P作平面α的垂线l，交平面α于点Q，则n是直线l 的方向向量，且点P到平面α的距离就是 在直线l上的投影向量 的长 度.因此PQ＝ 　｜ · ｜　＝｜ ｜＝ 　 　. ｜ · ｜　 　 数学·选择性必修第一册 目录 如图所示的多面体是由底面为ABCD的长方体被截面AEC1F所截而得 到的，其中AB＝4，BC＝2，CC1＝3，BE＝1. 数学·选择性必修第一册 目录 （1）求｜ ｜； 解：以D为原点，DA，DC，DF所在直线分别为x轴、y 轴、z轴建立如图所示的空间直角坐标系，则D（0，0， 0），B（2，4，0），A（2，0，0），C（0，4，0）， E（2，4，1），C1（0，4，3）， ＝（0，4，1）. （1）设F（0，0，a），由 ＝ ，得（－2，0，a）＝（－2，0， 2），所以a＝2，所以F（0，0，2）， ＝（－2，－4，2），所以｜ ｜＝2 . 数学·选择性必修第一册 目录 （2）求点C到平面AEC1F的距离. 解：设n＝（x，y，z）为平面AEC1F的法向量， ＝（－2，0，2）， 由 得 取z＝1，则n＝（1，－ ，1），又 ＝（0，0，3）， 所以点C到平面AEC1F的距离为d＝ ＝ . 数学·选择性必修第一册 目录 规律方法 用向量法求点面距的步骤 （1）建系：建立恰当的空间直角坐标系； （2）求点坐标：写出（求出）相关点的坐标； （3）求向量：求出相关向量的坐标（ ，平面α的法向量n）； （4）求距离：d＝ . 数学·选择性必修第一册 目录 训练2　（2026·福州福九联盟联考）如图，在圆锥SO中，AB是底面圆 O的直径，SO＝AB＝4，AC＝BC，D为SO的中点，N为AD的中点，则 点N到平面SBC的距离为（　　） A. B. C. 1 D. 2 √ 数学·选择性必修第一册 目录 解析：　连接OC，因为AC＝BC，O为AB的中点，所以 OC⊥AB，由圆锥的性质可知SO⊥平面ABC. 以O为原点， 建立如图所示的空间直角坐标系，则S（0，0，4），B （0，－2，0），C（2，0，0），N（0，1，1）， ＝（2，2，0）， ＝（0，2，4），设平面SBC的法向 量为n＝（x，y，z），则 取y＝－2，可得平面SBC的一个法向量为n＝（2，－2，1）.又 ＝（0，3，1），所以点N到平面SBC的距离为d＝ ＝ ＝ . 数学·选择性必修第一册 目录 知识点三　直线、平面到平面的距离 目录 25 问题　类比求平面内两条平行直线间距离的方法，你认为如何求直线与平 面或两个平行平面间的距离？ 提示：在直线上或其中一个平面上取一定点，则该点到另一个平面的距离 即为直线与平面或两平行平面之间的距离. 数学·选择性必修第一册 目录 1. 如果一条直线l与一个平面α平行，可在直线l上任取一点P，将线面距 离转化为 的距离求解. 2. 如果两个平面α，β互相平行，在其中一个平面α内任取一点P，可将两 个平行平面的距离转化为 的距离求解. 提醒：只有线面（面面）平行时，才有线面（面面）距. 点P到平面α　 点P到平面β　 数学·选择性必修第一册 目录 （链接教材P34例6（2））如图，在四棱锥O-ABCD中，底面ABCD 是边长为2的正方形，OA⊥底面ABCD，OA＝2，M，N分别是OA，BC 的中点，求直线MN到平面OCD的距离. 数学·选择性必修第一册 目录 解：因为OA⊥平面ABCD，四边形ABCD为正方形，以 点A为坐标原点，AB，AD，AO所在直线分别为x轴， y轴，z轴建立如图所示的空间直角坐标系，则C（2， 2，0），D（0，2，0），O（0，0，2），M（0，0， 1），N（2，1，0）， 所以 ＝（2，0，0）， ＝（0，－2，2）， 设平面OCD的法向量为n＝（x，y，z）， 则 取y＝1， 数学·选择性必修第一册 目录 可得n＝（0，1，1），又 ＝（2，1，－1）， 所以 ·n＝0，因为MN⊄平面OCD，所以MN∥平面 OCD，所以直线MN与平面OCD的距离为点N到平面OCD的距离. ＝（0，1，0），点N到平面OCD的距离为d＝ ＝ ＝ ，所以直线MN到平面OCD的距离为 . 数学·选择性必修第一册 目录 变式　在本例中，再取AD的中点R，求平面MNR与平面OCD的距离. 解：由例题可知，R（0，1，0）， ＝（－2，0，0）， ·n＝0， 因为NR⊄平面OCD，所以NR∥平面OCD. 因为MN∩NR＝N，MN，NR⊂平面MNR，所以平面 MNR∥平面OCD， 所以平面MNR与平面OCD的距离即为点N到平面OCD的距离，即为 . 数学·选择性必修第一册 目录 规律方法 　　求直线、平面到它的平行平面的距离，先在直线、平面上找到一 点，然后转化为求点到平面的距离，且这个点要适当选取，以求解最 简便为准则. 数学·选择性必修第一册 目录 训练3　如图所示，在直三棱柱ABC-A1B1C1中，∠ABC＝90°，BC＝ 2，CC1＝4，点E在线段BB1上，且EB1＝1，D，F，G分别为CC1， C1B1，C1A1的中点. 数学·选择性必修第一册 目录 （1）求证：B1D⊥平面ABD； 解：证明：如图所示，由条件知，BA，BC，BB1两两互相垂 直，以B为坐标原点，BA，BC，BB1所在直线分别为x轴、 y轴、z轴建立空间直角坐标系Bxyz， 则B（0，0，0），D（0，2，2），B1（0，0，4），设BA ＝a，则A（a，0，0）. ∴ ＝（a，0，0）， ＝（0，2，2）， ＝（0，2，－2）， ∴ · ＝0， · ＝0＋4－4＝0. ∴B1D⊥BA，B1D⊥BD， 又∵BD∩BA＝B，BD，BA⊂平面ABD，∴B1D⊥平面ABD. 数学·选择性必修第一册 目录 （2）求证：平面EGF∥平面ABD； 解：证明：由题意知E（0，0，3），G（ ，1，4），F（0，1，4）. ∴ ＝（ ，1，1）， ＝（0，1，1）， ∴ · ＝0＋2－2＝0， · ＝0＋2－2＝0. ∴B1D⊥EG，B1D⊥EF， 又EG∩EF＝E，EG，EF⊂平面EGF， ∴B1D⊥平面EGF， 又平面EGF与平面ABD不重合， 结合（1）可知，平面EGF∥平面ABD. 数学·选择性必修第一册 目录 （3）求平面EGF到平面ABD的距离. 解：由（1），（2）知， ＝（0，1，4）， ＝（0，2，－2）是平面ABD的法向量， ∴点F到平面ABD的距离为d＝ ＝ ＝ . 由（2）知，平面EGF与平面ABD的距离等于点F到平面ABD的距离， ∴两平面间的距离为 . 数学·选择性必修第一册 目录 小结与自测>> 目录 37 数学·选择性必修第一册 目录 1. 已知直线l过定点A（2，3，1），且n＝（0，1，1）为其一个方向向 量，则点P（4，3，2）到直线l的距离为（　　） A. B. C. D. 解析：　 ＝（－2，0，－1），｜ ｜＝ ， ＝ ，则 点P到直线l的距离d＝ ＝ ＝ . √ 数学·选择性必修第一册 目录 2. 已知AB∥平面α，平面α的一个法向量为n＝（1，0，1），平面α内一点 C的坐标为（0，0，1），直线AB上的点A的坐标为（1，2，1），则直线 AB到平面α的距离为 ⁠. 解析：因为AB∥平面α，所以直线AB到平面α的距离可转化为点A到平面α 的距离，易知 ＝（1，2，0），所以点A到平面α的距离为 ＝ ＝ ，即直线AB到平面α的距离为 . ​ 数学·选择性必修第一册 目录 3. 两平行平面α，β分别经过坐标原点O和点A（1，2，3），且两平面的 一个法向量为n＝（－1，0，1），则两平面间的距离是 ⁠. 解析：因为两平行平面α，β分别经过坐标原点O和点A（1，2，3），故 ＝（1，2，3），又两平面的一个法向量为n＝（－1，0，1），所以两 平面间的距离d＝ ＝ ＝ . ​ 数学·选择性必修第一册 目录 4. 已知在长方体ABCD-A1B1C1D1中，AB＝6，BC＝4，BB1＝3，求点B1 到平面A1BC1的距离. 解：建立如图所示的空间直角坐标系Dxyz， 则A1（4，0，3），B1（4，6，3），B（4，6，0）， C1（0，6，3）， ＝（－4，6，0）， ＝（0， 6，－3）， ＝（0，6，0）.设平面A1BC1的法向量 为n＝（x，y，z），则 即 取x＝1，解得n＝（1， ， ）. ∴点B1到平面A1BC1的距离为d＝ ＝ . 数学·选择性必修第一册 目录 教材挖掘　异面直线间的距离 目录 43 通过教材P49复习参考题17题，我们知道线段AA'的长度为异面直线a与b 的公垂线段的长度，也就是直线a与b间的距离. 【问题探究】 1. 你认为该如何定义异面直线间的距离？ 提示：与两条异面直线都垂直相交的直线叫做这两条异面直线的公垂线， 异面直线的公垂线在两条异面直线上的垂足间的距离叫做这两条异面直线 间的距离. 数学·选择性必修第一册 目录 2. 通过教材P49复习参考题17题的解题过程，你能总结出求异面直线间距 离的一般方法吗？ 提示：求异面直线间距离的一般步骤： ①求出与a，b都垂直的向量n； ②在直线a，b上任意取点A，B，得到 ； ③套公式得d＝｜ ｜. 数学·选择性必修第一册 目录 【迁移应用】 在长方体ABCD-A1B1C1D1中，AB＝4，AD＝3，AA1＝2，M，N分别为 CD，BB1的中点，试求直线MN到直线A1B的距离. 解：以A为原点，AD，AB，AA1所在直线为坐标轴， 建立空间直角坐标系，如图. 则M（3，2，0），N（0，4，1），A1（0，0，2）， B（0，4，0），即 ＝（－3，2，1）， ＝ （0，4，－2）.由题意可知MN与A1B为异面直线，设MN，A1B公垂线的方向向量为n＝（x，y，z）， 数学·选择性必修第一册 目录 则 ⇒ 令y＝1，则z＝2，x＝ ，即n＝ （ ，1，2），｜n｜＝ .又 ＝（－3，－2，2）在n上的射影的长 度为d＝ ＝ ＝ ＝ .即直线MN到直线 A1B的距离为 . 数学·选择性必修第一册 目录 课时作业>>（时间：60分钟　满分：106分） [备注：单选、填空题5分，多选题6分] 目录 48 1. 若O为坐标原点， ＝（1，1，－2）， ＝（3，2，8）， ＝ （0，1，0），则线段AB的中点P到点C的距离为（　　） A. B. 2 C. D. 解析：　∵ ＝ （ ＋ ）＝ （4，3，6）＝ ， ＝ （0，1，0），∴ ＝ － ＝ ，∴｜ ｜＝ ＝ . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 √ 数学·选择性必修第一册 目录 2. 在长方体ABCD-A1B1C1D1中，AB＝BC＝a，AA1＝2a，则点D1到直 线AC的距离为（　　） A. a B. C. D. 解析：　如图，建立空间直角坐标系，易得C（a，a， 0），D1（0，a，2a），取a＝ ＝（－a，0，2a）， u＝ ＝（ ， ，0），则点D1到直线AC的距离为 ＝ ＝ a. √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目录 3. （2026·江门月考）已知平面α的一个法向量为n＝（－2，－2，1）， 点A（－1，3，0）在平面α内，若点P（－2，1，z）到α的距离为 ，则 z＝（　　） A. 16 B. －4 C. 4或－16 D. －4或16 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目录 解析：　由点A（－1，3，0）在平面α内，点P（－2，1，z），可得 ＝（－1，－2，z）.因为平面α的一个法向量为n＝（－2，－2，1）， 且点P（－2，1，z）到α的距离为 ，所以 ＝ ，即 ＝ ，解得z＝4或z＝－16.故选C. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目录 4. 如图，已知长方体ABCD-A1B1C1D1中，A1A＝5，AB＝12，则直线 B1C1到平面A1BCD1的距离是（　　） A. 5 B. 8 C. D. √ 解析：　以D为坐标原点，DA，DC，DD1所在的直 线分别为x轴，y轴，z轴，建立如图所示的空间直角 坐标系，则C（0，12，0），D1（0，0，5）.设B （x，12，0）（x＞0），则B1（x，12，5）.设平面 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目录 A1BCD1的法向量为n＝（a，b，c），由n⊥ ，n⊥ ，得n· ＝（a，b，c）·（－x，0，0）＝－ax＝0，n· ＝（a，b，c）·（0，－12，5）＝－12b＋5c＝0，所以a＝0，b＝ c，所以 可取n＝（0，5，12）.又 ＝（0，0，－5），所以点B1到平面A1BCD1的距离为 ＝ .因为B1C1∥平面A1BCD1，所以B1C1到平面A1BCD1的距离为 . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目录 5. 在棱长为1的正方体ABCD-A1B1C1D1中，平面AB1C与平面A1C1D间的 距离是（　　） A. B. √ C. D. 解析：　以A为坐标原点，AB，AD，AA1所在直线分别为 x，y，z轴建立如图所示的空间直角坐标系，则A（0，0， 0），B1（1，0，1），C（1，1，0），D（0，1，0）， A1（0，0，1），C1（1，1，1）.设平面AB1C的法向量为 m＝（x1，y1，z1）， ＝（1，0，1）， ＝（1，1， 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目录 0），由 取x1＝1，可得m＝（1，－1，－1）.设平面A1C1D的法向量为n＝（x2，y2，z2）， ＝（0，－1， 1）， ＝（1，0，1），由 取x2＝1，可得n＝（1，－1，－1）.因为m＝n，平面AB1C与平面A1C1D不重合，故平面AB1C∥平面A1C1D， ＝（0，1，0），所以平面AB1C与平面A1C1D间的距离为d＝ ＝ ＝ . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目录 6. 〔多选〕已知点M在z轴上，它与经过坐标原点且方向向量为s＝（1， －1，1）的直线l的距离为 ，则点M的坐标是（　　） A. （0，0，－3） B. （0，0，3） C. （0，0， ） D. （0，0，－ ） 解析：设M（0，0，m），则 ＝（0，0，m），又直线l的方向向量为s＝（1，－1，1），所以点M与直线l的距离d＝ ＝ ＝ ，所以m＝±3，则M（0，0，3）或M（0，0，－3）.故选A、B. √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目录 7. 〔多选〕如图，四棱柱ABCD-A1B1C1D1的底面ABCD是正方形，O为 底面中心，A1O⊥平面ABCD，AB＝AA1＝ ，以O为原点，OB， OC，OA1所在直线分别为x轴、y轴、z轴，建立空间直角坐标系，则下列 说法正确的是（　　） A. ＝（1，0，1） B. 平面OBB1的一个法向量为n＝（0，1，－1） C. A1C⊥平面OBB1 D. 点A到平面OBB1的距离为 √ √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目录 解析：由题意得O（0，0，0），B（1，0，0），C（0，1，0），A（0，－1，0），A1（0，0，1），B1（1，1，1），所以 ＝（1，1，1），故A不正确； ＝（1，0，0），设平面OBB1的法向量为n＝（x，y，z），则 令y＝1，得n＝（0，1，－1），故B正确； ＝（0，1，－1）＝n，所以A1C⊥平面OBB1，故C正确；连接OA（图略）， ＝（0，－1，0），则点A到平面OBB1的距离d＝ ＝ ＝ ，故D正确，故选B、C、D. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目录 8. 已知直线l的方向向量为n＝（1，0，2），点A（0，1，1）在直线l 上，若点P（1，a，2）到直线l的距离为 ，则a＝ ⁠. 解析：由题意得 ＝（1，a－1，1），所以 ·n＝1＋0＋2＝3，｜ n｜＝ ＝ ，所以点P到直线l的距离为 ＝ ＝ ，解得a＝0或a ＝2. 0或2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目录 9. 在我国古代数学名著《九章算术》中，将四个面都为直角三角形的三棱 锥称为鳖臑，如图，已知在鳖臑P-ABC中，PA⊥平面ABC，PA＝AB＝ BC＝2，M为PC的中点，则点P到平面MAB的距离为 ⁠. ​ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目录 解析：以B为坐标原点，BA，BC所在直线分别为x轴、y轴 建立空间直角坐标系，如图，则B（0，0，0），A（2，0， 0），P（2，0，2），C（0，2，0），由M为PC的中点可 得M（1，1，1）， ＝（1，1，1）， ＝（2，0，0）， ＝（2，0，2）.设n＝（x，y，z）为平面ABM的一个法 向量，则 即 令z＝－1，可得n＝（0，1，－1），点P到平面MAB的距离d＝ ＝ . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目录 10. （13分）如图所示，四棱锥P-ABCD的底面ABCD是矩形，PB⊥底面 ABCD，AB＝BC＝BP＝3，CF＝ CP，DE＝ DA. （1）证明：直线EF∥平面ABP； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目录 解：证明：由题意知BA，BC，BP两两垂直，故以B为原 点，建立如图所示的空间直角坐标系，则B（0，0，0）， A（3，0，0），C（0，3，0），D（3，3，0），P（0， 0，3）. 由CF＝ CP，得 ＝ ， 解得F（0，2，1），同理E（3，2，0）， 所以 ＝（－3，0，1），显然平面ABP的一个法向量为n＝（0，1，0）， ·n＝0且EF⊄平面ABP，故直线EF∥平面ABP. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目录 （2）求点P到平面ADF的距离. 解：设平面ADF的法向量为n1＝（x，y，z）， 且 ＝（0，3，0）， ＝（－3，－1，1）， 由 得 取x＝1，则y＝0，z＝3， 所以n1＝（1，0，3），又 ＝（－3，0，3）， 所以点P到平面ADF的距离为d＝ ＝ . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目录 11. 在空间直角坐标系中，定义：平面α的一般方程为Ax＋By＋Cz＋D＝ 0（A，B，C，D∈R，且A，B，C不同时为零），点P（x0，y0，z0） 到平面α的距离d＝ ，则在底面边长与高都为2的正四 棱锥P-EFGH中，底面中心O到侧面PEF的距离d＝（　　） A. B. C. 2 D. 5 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目录 解析：　以底面中心O为坐标原点，建立空间直角坐标系 Oxyz，如图，则O（0，0，0），E（1，1，0），F（－ 1，1，0），P（0，0，2）.设平面PEF的方程为Ax＋By ＋Cz＋D＝0，将E，F，P三点的坐标代入计算得A＝0， B＝－D，C＝－ D，所以方程可化为－Dy－ Dz＋D＝ 0，即2y＋z－2＝0，所以d＝ ＝ . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目录 12. 〔多选〕如图，在四棱锥P-ABCD中，侧面PAD是边长为4的正三角 形，底面ABCD为正方形，侧面PAD⊥底面ABCD，则下列说法正确的有 （　　） A. AC⊥PB B. 点C到直线PA的距离为2 C. 直线AB到平面PDC的距离为2 D. 点D到平面PBC的距离为 √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目录 解析：取AD的中点为E，连接PE. 因为PA＝PD，所以 PE⊥AD. 因为平面PAD⊥平面ABCD，平面PAD∩平面 ABCD＝AD，所以PE⊥平面ABCD. 以E为原点建立如图所示的空间直角坐标系，则A（2， 0，0），B（2，4，0），C（－2，4，0），D（－2，0，0），P（0，0，2 ），所以 ＝（－4，4，0）， ＝（2，4，－2 ），所以 · ＝－8＋16＝8≠0，所以AC不垂直于PB，故A中说法错误； ＝（2，0，－2 ）， ＝（－2，4，－2 ），所以点C到直线 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目录 PA的距离d1＝ ＝2 ，故B中说法正确； ＝（0，－4，0），设平面PCD的法向量为n＝（x，y，z），则 即 令z＝1，得x＝－ ，所以n ＝（－ ，0，1），则点A到平面PDC的距离d2＝ ＝ ＝ 2 ，又 ＝ ，AB⊄平面PCD，DC⊂平面PCD，故AB∥平面 PCD，所以直线AB到平面PDC的距离为2 ，故C中说法错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目录 设平面PBC的法向量为m＝（a，b，c），则 即 令c＝2，得b＝ ，所以m＝（0， ，2），所 以点D到平面PBC的距离d3＝ ＝ ＝ ，故D中说法正确. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目录 13. 如图，已知正三棱柱ABC-A1B1C1的所有棱长均为1，则线段AB1上的 动点P到直线BC1的距离的最小值为 ⁠. ​ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目录 解析：如图，在平面ABC内过点A作Ay⊥AB，显然射线 AB，Ay，AA1两两垂直，以点A为原点，射线AB，Ay， AA1所在直线分别为x，y，z轴建立空间直角坐标系，因为 正三棱柱ABC-A1B1C1的所有棱长均为1，则A（0，0，0）， B（1，0，0），B1（1，0，1），C1（ ， ，1），所以 ＝ （1，0，1）， ＝（－ ， ，1），因为动点P在线段AB1上，则令 ＝t ＝（t，0，t），0≤t≤1，即有点P（t，0，t），所以 ＝（t－1，0，t），则｜ ｜2＝（t－1）2＋t2＝2t2－2t＋1，从而 ＝ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目录 （t＋1），因此点P到直线BC1的距离d＝ ＝ ＝ ＝ ≥ ， 当且仅当t＝ 时取等号，所以线段AB1上的动点P到直线BC1的距离的最 小值为 . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目录 14. （15分）如图，在棱长为1的正方体ABCD-A1B1C1D1中，E为线段 DD1的中点，F为线段BB1的中点. （1）求直线FC1到直线AE的距离； 解：建立如图所示的空间直角坐标系， 则B1（1，1，1），E（0，0， ），F（1，1， ）， C1（0，1，1），A（1，0，0）. （1）因为 ＝（－1，0， ）， ＝（－1，0， ）， 所以 ∥ ，即AE∥FC1， 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目录 所以点F到直线AE的距离即为直线FC1到直线AE的距离. 取u＝ ＝（－ ，0， ），又 ＝（0，1， ）. 所以 ＝ ， ·u＝ ， 所以直线FC1到直线AE的距离为 ＝ . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目录 （2）求直线FC1到平面AB1E的距离. 解：因为AE∥FC1，所以FC1∥平面AB1E，所以直线FC1到平面AB1E的距离等于点C1到平面AB1E的距离. ＝（1，0，0）， ＝（0，1，1），设平面AB1E的法向量为n＝（x，y，z），则 即 取z＝2，可得n＝（1，－2，2），所以点C1到平面AB1E的距离为 ＝ ， 所以直线FC1到平面AB1E的距离为 . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目录 15. （15分）如图，在三棱柱ABC-A1B1C1中，AA1C1C是边长为4的正方 形，AA1B1B为矩形，AB＝3，BC＝5. （1）证明：AA1⊥平面ABC； 解：证明：因为AA1C1C是正方形，AA1B1B为矩形， 所以AA1⊥AB，AA1⊥AC，且AB，AC⊂平面ABC， AB∩AC＝A， 所以AA1⊥平面ABC. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目录 （2）在线段BC上是否存在点P，使得点P到平面A1C1B的距离为2？若存 在，求BP的值；若不存在，请说明理由. 解：因为AB＝3，AC＝4，BC＝5，所以AB⊥AC， 因此AB，AC，AA1两两垂直，所以建立空间直角坐标系如 图，则有B（0，3，0），C（4，0，0）， A1（0，0，4），C1（4，0，4）， 所以 ＝（4，－3，0）， ＝（0，－3，4）， ＝ （4，－3，4），设平面A1C1B的一个法向量为m＝（x，y， z），则有 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目录 即 令y＝4，则m＝（0，4，3）， 假设在线段BC上存在点P，满足题设条件，设 ＝λ ，0≤λ≤1， 则 ＝ ＋ ＝ ＋λ ＝（0，3，0）＋λ（4，－3，0）＝ （4λ，3－3λ，0），所以P（4λ，3－3λ，0）， ＝（4λ，－3λ，0）， 所以点P到平面A1C1B的距离为d＝ ＝ ＝2，解得λ＝ ，满 足题意，故在线段BC上存在点P，使点P到平面A1C1B的距离为2，此时BP＝ BC＝ . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 数学·选择性必修第一册 目录 $