2.2 空间中的平面与空间向量-【优学精讲】2026-2027学年高中数学选择性必修一同步教参(人教B版)

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1.2.2 空间中的平面与空间向量

 

新课导入

学习目标

观察图片,旗杆底部的平台与地面平行,旗杆所在的直线与护旗战士所在的直线平行,旗杆所在的直线与竖直楼面平行.试想,其中涉及的直线的方向向量与平面的法向量各自是什么位置关系?

1.理解平面的法向量的意义;会用待定系数法求平面的法向量.

2.能用向量法证明直线与平面、平面与平面的平行、垂直问题.

3.掌握三垂线定理及其逆定理,并会利用三垂线定理及其逆定理证明线线垂直.

 

 

思考1 过同一点的两个定方向可以确定一个平面吗?

[提示] 不一定,若两个定方向共线,则不能确定平面;若两个定方向不共线,则确定唯一平面.

思考2 一定点和一个定方向能确定一个平面吗?

[提示] 可以,过定点且垂直于定方向的平面是唯一确定的.

[知识梳理]

1.平面法向量的定义

如果α是空间中的一个平面,n是空间中的一个非零向量,且表示n的有向线段所在的直线与平面α垂直,则称n为平面α的一个法向量.此时,也称n与平面α垂直,记作n⊥α.

2.平面的法向量的性质

(1)如果直线l垂直平面α,则直线l的任意一个方向向量都是平面α的一个法向量;

(2)如果n是平面α的一个法向量,则对任意的实数λ≠0,空间向量λn也是page number 0

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平面α的一个法向量,而且平面α的任意两个法向量都平行;

(3)如果n为平面α的一个法向量,A为平面α上一个已知的点,则对于平面α上任意一点B,向量一定与向量n垂直,即·n=0,从而可知平面α的位置可由n和A唯一确定.

[即时练]

1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”.

(1)零向量可以作为平面的法向量.(  )

(2)平面α的法向量垂直于与平面α共面的所有向量.(  )

(3)若点A,B是平面α上的任意两点,n是平面α的法向量,则·n=0.(  )

(4)如果向量a,b与平面α共面且n⊥a,n⊥b,那么n就是平面α的一个法向量.(  )

答案:(1)× (2)√ (3)√ (4)×

2.(多选)在直三棱柱ABC­A1B1C1中,以下向量可以作为平面ABC法向量的是(  )

A. B.

C. D.

解析:选AD.

如图,由直三棱柱的性质知CC1,AA1,BB1均垂直于平面ABC,故选项A,D中,可以作为平面ABC的法向量.

3.已知n=(-3,1,2)是平面α的一个法向量,点A(0,-3,-1),B(k,2k,2)在平面α内,则k=________.

解析:由题得=(k,2k+3,3),因为n=(-3,1,2)是平面α的一个法page number 1

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向量,点A,B在平面α内,所以n⊥,所以n·=0,即n·=-3k+2k+3+6=0,解得k=9.

答案:9

(1)平面的法向量所在的直线垂直于该平面内的任何直线.

(2)平面的法向量有无数个,且它们相互平行.

[例1] (对接教材例2)如图,在长方体ABCD­A1B1C1D1中,AB=4,BC=3,CC1=2,=λ.以D为原点,DA,DC,DD1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.

(1)求平面ABB1A1的一个法向量;

(2)当λ=时,求平面MCA1的一个法向量.

【解】 (1)因为x轴垂直于平面ABB1A1,所以n1=(1,0,0)是平面ABB1A1的一个法向量.

(2)由题意得,M(3,1,0),C(0,4,0),A1(3,0,2).因此=(-3,3,0),=(0,-1,2).设n2=(x,y,z)是平面MCA1的一个法向量,

则取y=2,则x=2,z=1.于是n2=(2,2,1)是平面MCA1的一个法向量.

母题探究 若平面MCA1的一个法向量为n=(2,3,3),求λ的值及点M的坐标.page number 2

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