高中向量的教案
發(fā)表時間:2020-10-31向量的坐標表示與坐標運算。
課時7向量平行的坐標表示(2)
【學習目標】
鞏固平面向量坐標的概念,掌握平行向量的坐標表示,并且能用它解決向量平行(共線)的有關(guān)問題。
【知識掃描】
1.共線向量的條件是有且只有一個實數(shù)λ使得=λ.()
2.設(shè)=(x1,y1)=(x2,y2)其中,則∥()x1y2-x2y1=0
注:(1)該條件不能寫成∵x1,x2有可能為0
(2)向量共線的條件有兩種形式:∥()
歸納:向量平行的坐標表示要注意正反兩方面,
即若則
【例題選講】
例1已知a=(1,1),b=(x,1),u=a+2b,v=2a-b,
(1)若u=3v,求x;(2)若u∥v,求x.
例2.已知點A(1,1),B(-1,5)及,,求點C、D、E的坐標,判斷向量是否共線。
例3.已知A、B、C三點的坐標分別為(-1,0),(3,-1),(1,2),并且,
求證:
例4.已知四點A(x,0),B(2x,1)C(2,x),D(6,2x)。(1)求實數(shù)x,使兩向量,共線;(2)當向量,共線時,A、B、C、D四點是否在同一直線上?
例5.設(shè)向量=(k,12),=(4,5),=(10,k),當k為何值時,A、B、C三點共線。
例6.已知=2,=(-1,),且∥,求向量。
【課內(nèi)練習】課本P75練習1-3
1.三點A(a,b),B(c.d),C(e,f)共線的條件為
2.已知A(1,-3),B(8,),若A、B、C三點共線,則C點坐標是
3.向量=(3,7),=(-3,),(),若∥,則x等于
4.已知=(1,2),=(x,1),且(+2)∥(2-),則x的值為
【課后作業(yè)】
1.以下各向量中,與向量=(-5,4)平行的向量是
A(5k,4k)B()C(-10,2)D(-5k,-4k)
2.與=(15,8)平行的所有單位向量是
3.已知=(3,4),=(sinx,cosx),且∥,則tanx=
4.已知=(-2,1-cos),=(1+cos,-),且,則銳角=
5.下列各組向量相互平行的是
A=(-1,2),=(3,5)B=(1,2),=(2,1)
C=(2,-1),=(3,4)D=(-2,1),=(4,-2)
6.已知=(2,3),=(-1,2)若k-與-k平行,求k的值。
7.已知向量=(6,1),=(x,y)=(-2,-3),當向量∥時,求實數(shù)x,y應滿足的關(guān)系式。
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8.已知=(x,2),=(3,-1)是否存在實數(shù)x,使向量-2與2+平行?若存在,求出x;若不存在,說明理由。
9.已知三個向量=(3,2),=(-1,2),=(4,1),回答下列問題:
(1)求3+-2;(2)求滿足=m+n的實數(shù)m和n;
(3)若(+k)//(2-),求實數(shù)k的值;
(4)設(shè)=(x,y),滿足且=1,求
10、已知ABCD的三個頂點A、B、C的坐標分別為(-2,1)、(-1,3)、(3,4),求頂點D的坐標.
11、平行四邊形ABCD的對角線交于點O,且知=(3,7),=(-2,1),求坐標.
問題統(tǒng)計與分析
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2.3.3平面向量的正交分解及坐標表示平面向量的坐標運算
2.3.22.3.3平面向量的正交分解及坐標表示
平面向量的坐標運算
預習課本P94~98,思考并完成以下問題
(1)怎樣分解一個向量才為正交分解?
(2)如何由a,b的坐標求a+b,a-b,λa的坐標?
[新知初探]
1.平面向量正交分解的定義
把一個平面向量分解為兩個互相垂直的向量.
2.平面向量的坐標表示
(1)基底:在平面直角坐標系中,分別取與x軸、y軸方向相同的兩個單位向量i,j作為基底.
(2)坐標:對于平面內(nèi)的一個向量a,有且僅有一對實數(shù)x,y,使得a=xi+yj,則有序?qū)崝?shù)對(x,y)叫做向量a的坐標.
(3)坐標表示:a=(x,y).
(4)特殊向量的坐標:i=(1,0),j=(0,1),0=(0,0).
[點睛](1)平面向量的正交分解實質(zhì)上是平面向量基本定理的一種應用形式,只是兩個基向量e1和e2互相垂直.
(2)由向量坐標的定義,知兩向量相等的充要條件是它們的橫、縱坐標對應相等,即a=bx1=x2且y1=y(tǒng)2,其中a=(x1,y1),b=(x2,y2).
3.平面向量的坐標運算
設(shè)向量a=(x1,y1),b=(x2,y2),λ∈R,則有下表:
文字描述符號表示
加法兩個向量和的坐標分別等于這兩個向量相應坐標的和a+b=(x1+x2,y1+y2)
減法兩個向量差的坐標分別等于這兩個向量相應坐標的差a-b=(x1-x2,y1-y2)
數(shù)乘實數(shù)與向量的積的坐標等于用這個實數(shù)乘原來向量的相應坐標λa=(λx1,λy1)
重要結(jié)論一個向量的坐標等于表示此向量的有向線段的終點的坐標減去起點的坐標已知A(x1,y1),
B(x2,y2),則=(x2-x1,y2-y1)
[點睛](1)向量的坐標只與起點、終點的相對位置有關(guān),而與它們的具體位置無關(guān).
(2)當向量確定以后,向量的坐標就是唯一確定的,因此向量在平移前后,其坐標不變.
[小試身手]
1.判斷下列命題是否正確.(正確的打“√”,錯誤的打“×”)
(1)相等向量的坐標相同與向量的起點、終點無關(guān).()
(2)當向量的始點在坐標原點時,向量的坐標就是向量終點的坐標.()
(3)兩向量差的坐標與兩向量的順序無關(guān).()
(4)點的坐標與向量的坐標相同.()
答案:(1)√(2)√(3)×(4)×
2.若a=(2,1),b=(1,0),則3a+2b的坐標是()
A.(5,3)B.(4,3)
C.(8,3)D.(0,-1)
答案:C
3.若向量=(1,2),=(3,4),則=()
A.(4,6)B.(-4,-6)
C.(-2,-2)D.(2,2)
答案:A
4.若點M(3,5),點N(2,1),用坐標表示向量=______.
答案:(-1,-4)
平面向量的坐標表示
[典例]
如圖,在邊長為1的正方形ABCD中,AB與x軸正半軸成30°角.求點B和點D的坐標和與的坐標.
[解]由題知B,D分別是30°,120°角的終邊與單位圓的交點.
設(shè)B(x1,y1),D(x2,y2).
由三角函數(shù)的定義,得
x1=cos30°=32,y1=sin30°=12,∴B32,12.
x2=cos120°=-12,y2=sin120°=32,
∴D-12,32.
∴=32,12,=-12,32.
求點和向量坐標的常用方法
(1)求一個點的坐標,可以轉(zhuǎn)化為求該點相對于坐標原點的位置向量的坐標.
(2)在求一個向量時,可以首先求出這個向量的起點坐標和終點坐標,再運用終點坐標減去起點坐標得到該向量的坐標.
[活學活用]
已知O是坐標原點,點A在第一象限,||=43,∠xOA=60°,
(1)求向量的坐標;
(2)若B(3,-1),求的坐標.
解:(1)設(shè)點A(x,y),則x=43cos60°=23,
y=43sin60°=6,即A(23,6),=(23,6).
(2)=(23,6)-(3,-1)=(3,7).
平面向量的坐標運算
[典例](1)已知三點A(2,-1),B(3,4),C(-2,0),則向量3+2=________,-2=________.
(2)已知向量a,b的坐標分別是(-1,2),(3,-5),求a+b,a-b,3a,2a+3b的坐標.
[解析](1)∵A(2,-1),B(3,4),C(-2,0),
∴=(1,5),=(4,-1),=(-5,-4).
∴3+2=3(1,5)+2(4,-1)
=(3+8,15-2)
=(11,13).
-2=(-5,-4)-2(1,5)
=(-5-2,-4-10)
=(-7,-14).
[答案](11,13)(-7,-14)
(2)解:a+b=(-1,2)+(3,-5)=(2,-3),
a-b=(-1,2)-(3,-5)=(-4,7),
3a=3(-1,2)=(-3,6),
2a+3b=2(-1,2)+3(3,-5)
=(-2,4)+(9,-15)
=(7,-11).
平面向量坐標運算的技巧
(1)若已知向量的坐標,則直接應用兩個向量和、差及向量數(shù)乘的運算法則進行.
(2)若已知有向線段兩端點的坐標,則可先求出向量的坐標,然后再進行向量的坐標運算.
(3)向量的線性坐標運算可完全類比數(shù)的運算進行.
[活學活用]
1.設(shè)平面向量a=(3,5),b=(-2,1),則a-2b=()
A.(7,3)B.(7,7)
C.(1,7)D.(1,3)
解析:選A∵2b=2(-2,1)=(-4,2),
∴a-2b=(3,5)-(-4,2)=(7,3).
2.已知M(3,-2),N(-5,-1),=12,則P點坐標為______.
解析:設(shè)P(x,y),=(x-3,y+2),=(-8,1),
∴=12=12(-8,1)=-4,12,
∴x-3=-4,y+2=12.∴x=-1,y=-32.
答案:-1,-32
向量坐標運算的綜合應用
[典例]已知點O(0,0),A(1,2),B(4,5)及=+t,t為何值時,點P在x軸上?點P在y軸上?點P在第二象限?
[解]因為=+t=(1,2)+t(3,3)=(1+3t,2+3t),
若點P在x軸上,則2+3t=0,
所以t=-23.
若點P在y軸上,則1+3t=0,
所以t=-13.
若點P在第二象限,則1+3t<0,2+3t>0,
所以-23<t<-13.
[一題多變]
1.[變條件]本例中條件“點P在x軸上,點P在y軸上,點P在第二象限”若換為“B為線段AP的中點”試求t的值.
解:由典例知P(1+3t,2+3t),
則1+1+3t2=4,2+2+3t2=5,解得t=2.
2.[變設(shè)問]本例條件不變,試問四邊形OABP能為平行四邊形嗎?若能,求出t值;若不能,說明理由.
解:=(1,2),=(3-3t,3-3t).若四邊形OABP為平行四邊形,則=,
所以3-3t=1,3-3t=2,該方程組無解.
故四邊形OABP不能成為平行四邊形.
向量中含參數(shù)問題的求解
(1)向量的坐標含有兩個量:橫坐標和縱坐標,如果橫或縱坐標是一個變量,則表示向量的點的坐標的位置會隨之改變.
(2)解答這類由參數(shù)決定點的位置的題目,關(guān)鍵是列出滿足條件的含參數(shù)的方程(組),解這個方程(組),就能達到解題的目的.
層級一學業(yè)水平達標
1.如果用i,j分別表示x軸和y軸方向上的單位向量,且A(2,3),B(4,2),則可以表示為()
A.2i+3jB.4i+2j
C.2i-jD.-2i+j
解析:選C記O為坐標原點,則=2i+3j,=4i+2j,所以=-=2i-j.
2.已知=a,且A12,4,B14,2,又λ=12,則λa等于()
A.-18,-1B.14,3
C.18,1D.-14,-3
解析:選A∵a==14,2-12,4=-14,-2,
∴λa=12a=-18,-1.
3.已知向量a=(1,2),2a+b=(3,2),則b=()
A.(1,-2)B.(1,2)
C.(5,6)D.(2,0)
解析:選Ab=(3,2)-2a=(3,2)-(2,4)=(1,-2).
4.在平行四邊形ABCD中,AC為一條對角線,=(2,4),=(1,3),則=()
A.(2,4)B.(3,5)
C.(1,1)D.(-1,-1)
解析:選C=-=-=-(-)=(1,1).
5.已知M(-2,7),N(10,-2),點P是線段MN上的點,且=-2,則P點的坐標為()
A.(-14,16)B.(22,-11)
C.(6,1)D.(2,4)
解析:選D設(shè)P(x,y),則=(10-x,-2-y),=(-2-x,7-y),
由=-2得10-x=4+2x,-2-y=-14+2y,所以x=2,y=4.
6.(江蘇高考)已知向量a=(2,1),b=(1,-2),若ma+nb=(9,-8)(m,n∈R),則m-n的值為________.
解析:∵ma+nb=(2m+n,m-2n)=(9,-8),
∴2m+n=9,m-2n=-8,∴m=2,n=5,∴m-n=2-5=-3.
答案:-3
7.若A(2,-1),B(4,2),C(1,5),則+2=________.
解析:∵A(2,-1),B(4,2),C(1,5),
∴=(2,3),=(-3,3).
∴+2=(2,3)+2(-3,3)=(2,3)+(-6,6)=(-4,9).
答案:(-4,9)
8.已知O是坐標原點,點A在第二象限,||=6,∠xOA=150°,向量的坐標為________.
解析:設(shè)點A(x,y),則x=||cos150°=6cos150°=-33,
y=||sin150°=6sin150°=3,
即A(-33,3),所以=(-33,3).
答案:(-33,3)
9.已知a=,B點坐標為(1,0),b=(-3,4),c=(-1,1),且a=3b-2c,求點A的坐標.
解:∵b=(-3,4),c=(-1,1),
∴3b-2c=3(-3,4)-2(-1,1)=(-9,12)-(-2,2)=(-7,10),
即a=(-7,10)=.
又B(1,0),設(shè)A點坐標為(x,y),
則=(1-x,0-y)=(-7,10),
∴1-x=-7,0-y=10x=8,y=-10,
即A點坐標為(8,-10).
10.已知向量=(4,3),=(-3,-1),點A(-1,-2).
(1)求線段BD的中點M的坐標.
(2)若點P(2,y)滿足=λ(λ∈R),求λ與y的值.
解:(1)設(shè)B(x1,y1),
因為=(4,3),A(-1,-2),
所以(x1+1,y1+2)=(4,3),
所以x1+1=4,y1+2=3,所以x1=3,y1=1,
所以B(3,1).
同理可得D(-4,-3),
設(shè)BD的中點M(x2,y2),
則x2=3-42=-12,y2=1-32=-1,
所以M-12,-1.
(2)由=(3,1)-(2,y)=(1,1-y),
=(-4,-3)-(3,1)=(-7,-4),
又=λ(λ∈R),
所以(1,1-y)=λ(-7,-4)=(-7λ,-4λ),
所以1=-7λ,1-y=-4λ,所以λ=-17,y=37.
層級二應試能力達標
1.已知向量=(2,4),=(0,2),則12=()
A.(-2,-2)B.(2,2)
C.(1,1)D.(-1,-1)
解析:選D12=12(-)=12(-2,-2)=(-1,-1),故選D.
2.已知向量a=(1,2),b=(2,3),c=(3,4),且c=λ1a+λ2b,則λ1,λ2的值分別為()
A.-2,1B.1,-2
C.2,-1D.-1,2
解析:選D∵c=λ1a+λ2b,
∴(3,4)=λ1(1,2)+λ2(2,3)=(λ1+2λ2,2λ1+3λ2),
∴λ1+2λ2=3,2λ1+3λ2=4,解得λ1=-1,λ2=2.
3.已知四邊形ABCD的三個頂點A(0,2),B(-1,-2),C(3,1),且=2,則頂點D的坐標為()
A.2,72B.2,-12
C.(3,2)D.(1,3)
解析:選A設(shè)點D(m,n),則由題意得(4,3)=2(m,n-2)=(2m,2n-4),故2m=4,2n-4=3,解得m=2,n=72,即點D2,72,故選A.
4.對于任意的兩個向量m=(a,b),n=(c,d),規(guī)定運算“?”為m?n=(ac-bd,bc+ad),運算“?”為m?n=(a+c,b+d).設(shè)f=(p,q),若(1,2)?f=(5,0),則(1,2)?f等于()
A.(4,0)B.(2,0)
C.(0,2)D.(0,-4)
解析:選B由(1,2)f=(5,0),得p-2q=5,2p+q=0,解得p=1,q=-2,所以f=(1,-2),所以(1,2)?f=(1,2)?(1,-2)=(2,0).
5.已知向量i=(1,0),j=(0,1),對坐標平面內(nèi)的任一向量a,給出下列四個結(jié)論:
①存在唯一的一對實數(shù)x,y,使得a=(x,y);
②若x1,x2,y1,y2∈R,a=(x1,y1)≠(x2,y2),則x1≠x2,且y1≠y2;
③若x,y∈R,a=(x,y),且a≠0,則a的起點是原點O;
④若x,y∈R,a≠0,且a的終點坐標是(x,y),則a=(x,y).
其中,正確結(jié)論有________個.
解析:由平面向量基本定理,可知①正確;例如,a=(1,0)≠(1,3),但1=1,故②錯誤;因為向量可以平移,所以a=(x,y)與a的起點是不是原點無關(guān),故③錯誤;當a的終點坐標是(x,y)時,a=(x,y)是以a的起點是原點為前提的,故④錯誤.
答案:1
6.已知A(-3,0),B(0,2),O為坐標原點,點C在∠AOB內(nèi),|OC|=22,且∠AOC=π4.設(shè)=λ+(λ∈R),則λ=________.
解析:過C作CE⊥x軸于點E,
由∠AOC=π4知,|OE|=|CE|=2,所以=+=λ+,即=λ,所以(-2,0)=λ(-3,0),故λ=23.
答案:23
7.在△ABC中,已知A(7,8),B(3,5),C(4,3),M,N,D分別是AB,AC,BC的中點,且MN與AD交于點F,求的坐標.
解:∵A(7,8),B(3,5),C(4,3),
∴=(3-7,5-8)=(-4,-3),
=(4-7,3-8)=(-3,-5).
∵D是BC的中點,
∴=12(+)=12(-4-3,-3-5)
=12(-7,-8)=-72,-4.
∵M,N分別為AB,AC的中點,∴F為AD的中點.
∴=-=-12=-12-72,-4=74,2.
8.在直角坐標系xOy中,已知點A(1,1),B(2,3),C(3,2),
(1)若++=0,求的坐標.
(2)若=m+n(m,n∈R),且點P在函數(shù)y=x+1的圖象上,求m-n.
解:(1)設(shè)點P的坐標為(x,y),
因為++=0,
又++=(1-x,1-y)+(2-x,3-y)+(3-x,2-y)=(6-3x,6-3y).
所以6-3x=0,6-3y=0,解得x=2,y=2.
所以點P的坐標為(2,2),
故=(2,2).
(2)設(shè)點P的坐標為(x0,y0),因為A(1,1),B(2,3),C(3,2),
所以=(2,3)-(1,1)=(1,2),
=(3,2)-(1,1)=(2,1),
因為=m+n,
所以(x0,y0)=m(1,2)+n(2,1)=(m+2n,2m+n),所以x0=m+2n,y0=2m+n,
兩式相減得m-n=y(tǒng)0-x0,
又因為點P在函數(shù)y=x+1的圖象上,
所以y0-x0=1,所以m-n=1.
空間向量的坐標運算
古人云,工欲善其事,必先利其器。教師要準備好教案,這是教師的任務之一。教案可以讓學生能夠在課堂積極的參與互動,幫助教師更好的完成實現(xiàn)教學目標。教案的內(nèi)容要寫些什么更好呢?下面是小編幫大家編輯的《空間向量的坐標運算》,歡迎大家閱讀,希望對大家有所幫助。
題目第九章(B)直線、平面、簡單幾何體空間向量的坐標運算高考要求
要使學生理解空間向量、空間點的坐標的意義,掌握向量加法、減法、數(shù)乘、點乘的坐標表示以及兩點間的距離、夾角公式通過解題,會應用空間向量的坐標運算解決立體幾何中有關(guān)平行、垂直、夾角、距離等問題
知識點歸納
1空間直角坐標系:
(1)若空間的一個基底的三個基向量互相垂直,且長為,這個基底叫單位正交基底,用表示;
(2)在空間選定一點和一個單位正交基底,以點為原點,分別以的方向為正方向建立三條數(shù)軸:軸、軸、軸,它們都叫坐標軸.我們稱建立了一個空間直角坐標系,點叫原點,向量都叫坐標向量.通過每兩個坐標軸的平面叫坐標平面,分別稱為平面,平面,平面;
2.空間直角坐標系中的坐標:
在空間直角坐標系中,對空間任一點,存在唯一的有序?qū)崝?shù)組,使,有序?qū)崝?shù)組叫作向量在空間直角坐標系中的坐標,記作,叫橫坐標,叫縱坐標,叫豎坐標.
3.空間向量的直角坐標運算律:
(1)若,,
則,
,
,
,,
.
(2)若,,則.
一個向量在直角坐標系中的坐標等于表示這個向量的有向線段的終點的坐標減去起點的坐標
4模長公式:若,,
則,.
5.夾角公式:.
6.兩點間的距離公式:若,,
則,
或
題型講解
例1已知=(2,2,1),=(4,5,3),求平面ABC的單位法向量
解:設(shè)面ABC的法向量,
則⊥且⊥,即=0,且=0,
即2x+2y+z=0且4x+5y+3z=0,解得
∴=z(,-1,1),單位法向量=±(,-,)
點評:一般情況下求法向量用待定系數(shù)法由于法向量沒規(guī)定長度,僅規(guī)定了方向,所以有一個自由度,可把的某個坐標設(shè)為1,再求另兩個坐標平面法向量是垂直于平面的向量,故法向量的相反向量也是法向量,所以本題的單位法向量應有兩解
例2已知A(3,2,1)、B(1,0,4),求:
(1)線段AB的中點坐標和長度;
(2)到A、B兩點距離相等的點P(x,y,z)的坐標滿足的條件
解:(1)設(shè)P(x,y,z)是AB的中點,
則=(+)=[(3,2,1)+(1,0,4)]=(2,1,),∴點P的坐標是(2,1,),
dAB==
(2)設(shè)點P(x,y,z)到A、B的距離相等,
則=
化簡得4x+4y-6z+3=0(線段AB的中垂面方程,其法向量的坐標就是方程中x,y,z的系數(shù)),即為P的坐標應滿足的條件
點評:空間兩點P1(x1,y1,z1)、P2(x2,y2,z2)的中點為(,,),且|P1P2|=
例3棱長為a的正方體ABCD—A1B1C1D1中,在棱DD1上是否存在點P使B1D⊥面PAC?
解:以D為原點建立如圖所示的坐標系,
設(shè)存在點P(0,0,z),
=(-a,0,z),
=(-a,a,0),
=(a,a,a),
∵B1D⊥面PAC,∴=0,=0
∴-a2+az=0∴z=a,即點P與D1重合
∴點P與D1重合時,DB1⊥面PAC
例4在三棱錐S—ABC中,∠SAB=∠SAC=∠ACB=90°,AC=2,BC=,SB=
(1)求證:SC⊥BC;
(2)求SC與AB所成角的余弦值
解法一:如圖,取A為原點,AB、AS分別為y、z軸建立空間直角坐標系,則有AC=2,BC=,SB=,
得B(0,,0)、S(0,0,2)、C(2,,0),
∴=(2,,-2),=(-2,,0)
(1)∵=0,∴SC⊥BC
(2)設(shè)SC與AB所成的角為α,
∵=(0,,0),=4,||||=4,
∴cosα=,即為所求
解法二:(1)∵SA⊥面ABC,AC⊥BC,AC是斜線SC在平面ABC內(nèi)的射影,∴SC⊥BC
(2)如圖,過點C作CD∥AB,過點A作AD∥BC交CD于點D,連結(jié)SD、SC,則∠SCD為異面直線SC與AB所成的角
∵四邊形ABCD是平行四邊形,CD=,SA=2,SD===5,
∴在△SDC中,由余弦定理得cos∠SCD=,即為所求
點評:本題(1)采用的是“定量”與“定性”兩種證法題(2)的解法一應用向量的數(shù)量積直接計算,避免了作輔助線、平移轉(zhuǎn)化的麻煩,但需建立恰當?shù)淖鴺讼担唤夥ǘm然避免了建系,但要選點、平移、作輔助線、解三角形
例5如圖,直棱柱ABC—A1B1C1的底面△ABC中,CA=CB=1,∠BCA=90°,棱AA1=2,M、N分別是A1B1、A1A的中點
(1)求的長;
(2)求cos〈,〉的值;
(3)求證:A1B⊥C1M
(1)解:如圖建立坐標系,依題意得B(0,1,0),N(1,0,1),
∴||==
(2)解:A1(1,0,2),B(0,1,0),C(0,0,0),B1(0,1,2),
∴=(1,-1,2),=(0,1,2),
∴=3,||=,||=
∴cos〈,〉==
(3)證明:∵C1(0,0,2),M(,,2),
∴=(-1,1,-2),=(,,0),
∴=0,∴A1B⊥C1M
例6如圖,在正方體ABCD—A1B1C1D1中,E、F分別是BB1、CD的中點
(1)證明AD⊥D1F;
(2)求AE與D1F所成的角;
(3)證明面AED⊥面A1D1F
解:取D為原點,DA、DC、DD1為x軸、y軸、z軸建立直角坐標系,取正方體棱長為2,
則A(2,0,0)、A1(2,0,2)、
D1(0,0,2)、E(2,2,1)、F(0,1,0)
(1)∵=(2,0,0)(0,1,-2)=0,∴AD⊥D1F
(2)∵=(0,2,1)(0,1,-2)=0,
∴AE⊥D1F,即AE與D1F成90°角
(3)∵=(2,2,1)(0,1,-2)=0,
∴DE⊥D1F∵AE⊥D1F,∴D1F⊥面AED
∵D1F面A1D1F,∴面AED⊥面A1D1F
點評:①通過建立空間直角坐標系,點用三維坐標表示,向量用坐標表示,進行向量的運算,輕而易舉地解決立體幾何問題,不需要添加輔助線一個需要經(jīng)過嚴密推理論證的問題就這樣被簡單機械的運算代替了
②本題是高考題,標準答案的解法較為復雜,而運用代數(shù)向量求解則輕而易舉,充分顯示出代數(shù)化方法研究幾何圖形的優(yōu)越性,這應作為立體幾何復習的一個重點去掌握通過坐標法計算數(shù)量積去證垂直,求夾角、距離,是高考的重點
例7如圖,正三棱柱ABC-A1B1C1的底邊長為a,側(cè)棱長為a
建立適當?shù)淖鴺讼担艑懗鯝,B,A1,B1的坐標;⑵求AC1與側(cè)面ABB1A1所成的角
分析:(1)所謂“建立適當?shù)淖鴺讼怠?,一般應使盡量多的點在數(shù)軸上或便于計算,(2)首先要找出所求的角,或找出平面的法向量與直線所成的角,然后再求之
解:(1)建系如圖,則A(0,0,0)B(0,a,0)
A1(0,0,a),C1(-a,)
(2)解法一:在所建的坐標系中,取A1B1的中點M,
于是M(0,),連結(jié)AM,MC1
則有
,,
∴,,
所以,MC1⊥平面ABB1A1
因此,AC1與AM所成的角就是AC1與側(cè)面ABB1A1所成的角
,,
,而|
由cos=,=30°
解法二:,
平面ABB1A1的一個法向量
∴AC1與側(cè)面ABB1A1所成的角的正弦為:
=
∴AC1與側(cè)面ABB1A1所成的角為30°
例8棱長為2的正方體A1B1C1D1-ABCD中,E、F分別是C1C和D1A1的中點,(1)求EF長度;(2)求;3)求點A到EF的距離
分析:一般來說,與長方體的棱或棱上的點有關(guān)的問題,建立空間直角坐標系比較方便,適當建立坐標系后,正確地寫出相關(guān)點的坐標及向量然后進行運算即可得解
解:以D為原點,DA,DC,DD1分別為x軸,
y軸,z軸建立直角坐標系,
則A(2,0,0),B(2,2,0),
E(0,2,1),F(xiàn)(1,0,2)
由此可得:=(0,2,0),=(1,-2,1)
=(1,0,-2),||=2,||=,=-4,=1-2=-1,
所以
(1)=
(2)cos==-,所以=-arccos
(3)在上的射影的數(shù)量cos==
A到EF的距離=
點評:點到直線的距離的向量求法,就是先求出該點與直線上某點連線在直線上的射影,再用勾股定理求對應的距離
例9平面ABCD⊥平面ABEF,ABCD是正方形,ABEF是矩形,且G是EF的中點,
(1)求證平面AGC⊥平面BGC;
(2)求GB與平面AGC所成角正弦值;
(3)求二面角B—AC—G的大小
解:如圖,以A為原點建立直角坐標系,
則A(0,0,0),B(0,2a,0),C(0,2a,2a),
G(a,a,0),F(xiàn)(a,0,0)
(1)證明:,
,
設(shè)平面AGC的法向量為,
設(shè)平面BGC的法向量為,
∴即∴平面AGC⊥平面BGC;
(2)由⑴知平面AGC的法向量為
,
∴
(3)因是平面AGC的法向量,又AF⊥平面ABCD,
平面ABCD的法向量,得
∴二面角B—AC—G的大小為
求平面法向量的另一種方法:
由A(0,0,0),B(0,2a,0),C(0,2a,2a),
G(a,a,0),F(xiàn)(a,0,0)
設(shè)平面AGC的方程為:
則
∴平面AGC的法向量為
設(shè)平面BGC的方程為:
則∴平面BGC的法向量為
點評:①平面平行于哪一個軸,其法向量的對應坐標就是0;
②平面經(jīng)過原點時平面方程中的常數(shù)項等于0;
③平面法向量的兩種求法的區(qū)別
小結(jié):
1運用空間向量的坐標運算解決幾何問題時,首先要恰當建立空間直角坐標系,計算出相關(guān)點的坐標,進而寫出向量的坐標,再結(jié)合公式進行論證、計算,最后轉(zhuǎn)化為幾何結(jié)論
2本節(jié)知識是代數(shù)化方法研究幾何問題的基礎(chǔ),向量運算分為向量法與坐標法兩類,以通過向量運算推理,去研究幾何元素的位置關(guān)系為重點利用兩個向量(非零)垂直數(shù)量積為零,可證明空間直線垂直;利用數(shù)量積可計算兩異面直線的夾角,可求線段的長度;運用共面向量定理可證點共面、線面平行等;利用向量的射影、平面的法向量,可求點面距、線面角、異面直線的距離等
學生練習
1若=(2x,1,3),=(1,-2y,9),如果與為共線向量,則
Ax=1,y=1Bx=,y=-Cx=,y=-Dx=-,y=
解析:∵=(2x,1,3)與=(1,-2y,9)共線,故有==
∴x=,y=-應選C答案:C
2在空間直角坐標系中,已知點P(x,y,z),下列敘述中正確的個數(shù)是①點P關(guān)于x軸對稱點的坐標是P1(x,-y,z)②點P關(guān)于yOz平面對稱點的坐標是P2(x,-y,-z)③點P關(guān)于y軸對稱點的坐標是P3(x,-y,z)④點P關(guān)于原點對稱的點的坐標是P4(-x,-y,-z)
A3B2C1D0
解析:P關(guān)于x軸的對稱點為P1(x,-y,-z),關(guān)于yOz平面的對稱點為P2(-x,y,z),關(guān)于y軸的對稱點為P3(-x,y,-z)故①②③錯誤答案:C
3已知向量=(1,1,0),=(-1,0,2),且k+與2-互相垂直,則k值是
A1BCD
解析:k+=k(1,1,0)+(-1,0,2)=(k-1,k,2),2-=2(1,1,0)-(-1,0,2)=(3,2,-2)
∵兩向量垂直,∴3(k-1)+2k-2×2=0∴k=答案:D
4設(shè)OABC是四面體,G1是△ABC的重心,G是OG1上一點,且OG=3GG1,若=x+y+z,則(x,y,z)為
A(,,)B(,,)
C(,,)D(,,)
解析:∵==(+)=+[(+)]=+[(-)+(-)]=++,而=x+y+z,∴x=,y=,z=
答案:A
5在棱長為1的正方體ABCD—A1B1C1D1中,M、N分別為A1B1和BB1的中點,那么直線AM與CN所成的角為
AarccosBarccosCarccosDarccos
解:建立坐標系,把D點視作原點O,分別沿、、方向為x軸、y軸、z軸的正方向,則A(1,0,0),M(1,,1),C(0,1,0),N(1,1,)
∴=(1,,1)-(1,0,0)=(0,,1),
=(1,1,)-(0,1,0)=(1,0,)
故=0×1+×0+1×=,
||==,||==
∴cosα===∴α=arccos答案:D
6已知空間三點A(1,1,1)、B(-1,0,4)、C(2,-2,3),則與的夾角θ的大小是_________
解析:=(-2,-1,3),=(-1,3,-2),
cos〈,〉===-,
∴θ=〈,〉=120°答案:120°
7已知點A(1,2,1)、B(-1,3,4)、D(1,1,1),若=2,則||的值是__________
解析:設(shè)點P(x,y,z),則由=2,得
(x-1,y-2,z-1)=2(-1-x,3-y,4-z),
即
則||==答案:
8設(shè)點C(2a+1,a+1,2)在點P(2,0,0)、A(1,-3,2)、B(8,-1,4)確定的平面上,求a的值
解:=(-1,-3,2),=(6,-1,4)
根據(jù)共面向量定理,設(shè)=x+y(x、y∈R),
則(2a-1,a+1,2)=x(-1,-3,2)+y(6,-1,4)=(-x+6y,-3x-y,2x+4y),∴解得x=-7,y=4,a=16
另法:先求出三點確定的平面方程,然后代入求a的值
9已知正方體ABCD—A1B1C1D1的棱長為2,P、Q分別是BC、CD上的動點,且|PQ|=,建立坐標系,把D點視作原點O,分別沿、、方向為x軸、y軸、z軸的正方向,
(1)確定P、Q的位置,使得B1Q⊥D1P;
(2)當B1Q⊥D1P時,求二面角C1—PQ—A的大小
解:(1)設(shè)BP=t,則CQ=,DQ=2-
∴B1(2,0,2),D1(0,2,2),P(2,t,0),Q(2-,2,0),
∴=(,-2,2),=(-2,2-t,2)
∵B1Q⊥D1P等價于=0,
即-2-2(2-t)+2×2=0,
整理得=t,解得t=1
此時,P、Q分別是棱BC、CD的中點,即P、Q分別是棱BC、CD的中點時,B1Q⊥D1P;
(2)二面角C1—PQ—A的大小是π-arctan2
10已知三角形的頂點是A(1,-1,1),B(2,1,-1),C(-1,-1,-2)試求這個三角形的面積
解:S=|AB||AC|sinα,其中α是AB與AC這兩條邊的夾角
則S=||||
=||||=
在本題中,=(2,1,-1)-(1,-1,1)=(1,2,-2),
=(-1,-1,-2)-(1,-1,1)=(-2,0,-3),
∴||2=12+22+(-2)2=9,
||2=(-2)2+02+(-3)2=13,
=1(-2)+20+(-2)(-3)=-2+6=4,
∴S==
11證明正三棱柱的兩個側(cè)面的異面對角線互相垂直的充要條件是它的底面邊長與側(cè)棱長的比為∶1
證明:如圖,以正三棱柱的頂點O為原點,棱OC、OB為y軸、z軸,建立空間直角坐標系,設(shè)正三棱柱底面邊長與棱長分別為2a、b,則A(a,a,b)、B(0,0,b)、C(0,2a,0)因為異面對角線OA⊥BC=0(a,a,b)(0,2a,-b)=2a2-b2=0b=a,即2a∶b=∶1,所以O(shè)A⊥BC的充要條件是它的底面邊長與側(cè)棱長的比為∶1
12如圖,ABCD是邊長為a的菱形,且∠BAD=60°,△PAD為正三角形,且面PAD⊥面ABCD
(1)求cos〈,〉的值;
(2)若E為AB的中點,F(xiàn)為PD的中點,求||的值;
(3)求二面角P—BC—D的大小
解:(1)選取AD中點O為原點,OB、AD、OP所在直線分別為x軸、y軸、z軸建立空間直角坐標系,則A(0,-,0),B(a,0,0),P(0,0,a),D(0,,0)
∴=(a,,0),=(0,,-a),
則cos〈,〉=
==
(2)∵E、F分別為AB、PD的中點,
∴E(a,-,0),F(xiàn)(0,,a)
則||==a
(3)∵面PAD⊥面ABCD,PO⊥AD,
∴PO⊥面ABCD
∵BO⊥AD,AD∥BC,∴BO⊥BC
連結(jié)PB,則PB⊥BC,
∴∠PBO為二面角P—BC—D的平面角
在Rt△PBO中,PO=a,BO=a,
∴tan∠PBO===1則∠PBO=45°
故二面角P—BC—D的大小為45°
課前后備注
高二數(shù)學向量的坐標表示及其運算016
一名愛崗敬業(yè)的教師要充分考慮學生的理解性,高中教師要準備好教案,這是老師職責的一部分。教案可以讓學生更好的消化課堂內(nèi)容,幫助高中教師提高自己的教學質(zhì)量。優(yōu)秀有創(chuàng)意的高中教案要怎樣寫呢?經(jīng)過搜索和整理,小編為大家呈現(xiàn)“高二數(shù)學向量的坐標表示及其運算016”,歡迎閱讀,希望您能夠喜歡并分享!
8.1(2)向量的坐標表示及其運算(2)
一、教學內(nèi)容分析
向量是研究數(shù)學的工具,是學習數(shù)形結(jié)合思想方法的直觀而又生動的內(nèi)容.向量的坐標以及向量運算的坐標形式,則從“數(shù)、式”的角度對向量以及向量的運算作了精確的、定量的描述.本節(jié)課是8.1向量的坐標及其運算的第二課時,一方面把“形”與“數(shù)、式”結(jié)合起來思考,以“數(shù)”入微,借“形”思考,體會并感悟數(shù)形結(jié)合的思維方式;另一方面通過例5的演繹推理教學,體會代數(shù)證明的嚴謹性,也為下節(jié)課定比分點(三點共線)的教學提供基礎(chǔ).
二、教學目標設(shè)計
1.掌握向量模的求法,知道模的幾何意義;
2.理解并掌握兩個非零向量平行的充要條件,鞏固加深充要條件的證明方式;
3.會用平行的充要條件解決點共線問題;
4.感悟向量作為工具解題的優(yōu)越性.
三、教學重點及難點
課本例5的演繹證明;
分類思想,數(shù)形結(jié)合思想在解決問題時的運用;
特殊——一般——特殊的探究問題意識.
四、教學流程設(shè)計
五、教學過程設(shè)計
創(chuàng)設(shè)問題情景
問題一、已知向量.
(1)在坐標平面上,畫出向量;并求=;
(2)若向量終點Q坐標為,則向量的始點P坐標為_______;
(3)向量的模與兩點P、Q間距離關(guān)系是.
若,則
練習1:已知向量,求
[說明]在問題一中,先給出向量,要求學生在坐標平面上畫出向量,增強數(shù)形結(jié)合的解題意識,感悟向量的模即平面上兩點的距離.由此發(fā)現(xiàn)并掌握向量模的求法及幾何意義.安排(2)小問的目的在于復習鞏固位置向量與自由向量的概念,體會并感悟到任何一個自由向量都可轉(zhuǎn)化為位置向量.通過自由向量與位置向量的學習,引出向量平行的概念.
向量平行的概念:對任意兩個向量,若存在一個常數(shù),使得成立,則兩向量與向高考¥資%源~網(wǎng)量平行,記為:.
問題探究反思
問題二.在坐標平面上描出下列三點,完成下列問題:
(1)請把下列向量的坐標與模填在表格內(nèi):
向量坐標(1,2)(2,4)(3,6)
向量的模
(2)通過畫圖,你得出什么結(jié)論?
三點A、B、C在一條直線上
(3)分析表格中向量的模,你發(fā)現(xiàn)了什么?
(4)分析表格中向量,你還發(fā)現(xiàn)了什么?
,,
[說明]養(yǎng)成解題后反思的習慣,總結(jié)如何判斷三點共線?
方法一:計算三個向量的模長關(guān)系.
方法二:看兩個非零向量之間是否存在非零常數(shù).
(5)分析表格中向量坐標,你又發(fā)現(xiàn)了什么?
向量坐標之間存在比例關(guān)系.
思考:如果向量用坐標表示為,則是的()條件.
A、充要B、必要不充分
C、充分不必要D、既不充分也不必要
由此,通過改進引出
課本例5若是兩個非零向量,且,
則的充要條件是.
分析:代數(shù)證明的方法與技巧,嚴密、嚴謹.
證明:分兩步證明,
(Ⅰ)先證必要性:
非零向量存在非零實數(shù),使得,即
,化簡整理可得:,消去即得
(Ⅱ)再證充分性:
(1)若,則、、、全不為零,顯然有,即
(2)若,則、、、中至少有兩個為零.
①如果,則由是非零向量得出一定有,,
又由是非零向量得出,從而,此時存在使,即
②如果,則有,同理可證
綜上,當時,總有
所以,命題得證.
[說明]本題是一典型的代數(shù)證明,推理嚴密,層次清楚,要求較高,是培養(yǎng)數(shù)學思維能力的良好范例.
練習2:
1.已知向量,,且,則x為_________;
2.設(shè)=(x1,y1),=(x2,y2),則下列與共線的充要條件的有()
①存在一個實數(shù)λ,使=λ或=λ;②;③(+)//(-)
A、0個B、1個C、2個D、3個
3.設(shè)為單位向量,有以下三個命題:(1)若為平面內(nèi)的某個向量,則;(2)若與平行,則;(3)若與平行且,則.上述命題中,其中假命題的序號為;
[說明]安排此組練習快速鞏固所學基礎(chǔ)知識,當堂消化,及時反饋.
知識拓展應用
問題三:已知向量,且A、B、C三點共線,則k=____
(學生討論與分析)
[說明]三點共線的證明方法總結(jié):
法一:利用向量的模的等量關(guān)系
法二:若A、B、C三點滿足,則A、B、C三點共線.
*法三:若A、B、C三點滿足,當時,A、B、C三點共線.
課外探索學習
課外作業(yè):
1.練習冊P38:4、5、6、7
補充作業(yè):
1.關(guān)于非零向量和,有下列四個命題:
(1)“”的充要條件是“和的方向相同”;
(2)“”的充要條件是“和的方向相反”;
(3)“”的充要條件是“和有相等的?!保?br>
(4)“”的充要條件是“和的方向相同”;
其中真命題的個數(shù)是()
A.1B.2C.3D.4
2.質(zhì)點P在平面上作勻速直線運動,速度向量=(4,-3)(即點P的運動方向與相同,且每秒移動的距離為|v|個單位.設(shè)開始時點P的坐標為(-10,10),則5秒后該質(zhì)點P的坐標為()
A.(-2,4)B.(-30,25)C.(10,-5)D.(5,-10)
3.已知向量,則的最大值為.
4.設(shè)C、D為直線上不重合的兩點,對于坐標平面上動點,若存在實數(shù)使得,則=.
5.在直角坐標系xOy中,已知點和點,若點C在∠AOB的平分線上,且,則=_________.
6.已知=(5,4),=(3,2),求與2-3平行的單位向量
平面向量坐標表示
平面向量坐標表示
年級高一學科數(shù)學課題平面向量坐標表示
授課時間撰寫人
學習重點平面向量的坐標運算.
學習難點對平面向量坐標運算的理解
學習目標
1.會用坐標表示平面向量的加減與數(shù)乘運算;
2.能用兩端點的坐標,求所構(gòu)造向量的坐標;
教學過程
一自主學習
思考1:設(shè)i、j是與x軸、y軸同向的兩個單位向量,若設(shè)=(x1,y1)=(x2,y2)則=x1i+y1j,=x2i+y2j,根據(jù)向量的線性運算性質(zhì),向量+,-,λ(λ∈R)如何分別用基底i、j表示?
+=
-=
λ=
思考2:根據(jù)向量的坐標表示,向量+,-,λ的坐標分別如何?
+=();-=();
λ=().
兩個向量和與差的坐標運算法則:
兩個向量和與差的坐標分別等于這兩個向量相應坐標的和與差.
實數(shù)與向量的積的坐標等于用這個實數(shù)乘原來向量的相應坐標.
思考3:已知點A(x1,y1),B(x2,y2),那么向量的坐標如何?
二師生互動
例1已知,,求和.
例2已知平行四邊形的頂點,,,試求頂點的坐標.
變式:若與的交點為,試求點的坐標.
練1.已知向量的坐標,求,的坐標.
⑴
⑵
⑶
⑷
練2.已知、兩點的坐標,求,的坐標.
⑴
⑵
⑶
⑷
三鞏固練習
1.若向量與向量相等,則()
A.B.
C.D.
2.已知,點的坐標為,則的坐標為()
A.B.
C.D.
3.已知,,則等于()
A.B.C.D.
4.設(shè)點,,且
,則點的坐標為.
5.作用于原點的兩力,,為使它們平衡,則需加力.
6.已知A(-1,5)和向量=(2,3),若=3,則點B的坐標為__________。
A.(7,4)B.(5,4)C.(7,14)D.(5,14)
7.已知點,及,,,求點、、的坐標。
四課后反思
五課后鞏固練習
1.若點、、,且,,則點的坐標為多少?點的坐標為多少?向量的坐標為多少?
2.已知向量,,,試用來表示.