資源簡介 (共16張PPT)1.1 空間向量及其運算知識點 1 空間向量的概念及幾類特殊向量名稱 定義空間向量 在空間中,具有大小和方向的量叫做空間向,空間向量的大小叫做空間向量的長度或模單位向量 模為1的向量零向量 長度為0的向量必備知識 清單破名稱 定義相等向量 長度相等且方向相同的向量相反向量 長度相等而方向相反的向量共線(平行)向量 如果表示若干空間向量的有向線段所在的直線互相平行或重合,那么這些向量叫做共線(平行)向量方向向量 在直線l上取非零向量a,把與向量a平行的非零向量稱為直線l的方向向量共面向量 平行于同一個平面的向量,叫做共面向量空間向量的線性運算 加法 三角形法則:a+b= + = ; 平行四邊形法則:a+b= + = 減法 a-b= - = 數乘 運算 當λ>0時,λa=λ = (與a同向) 當λ<0時,λa=λ = (與a反向) 當λ=0時,λa=0知識點 2 空間向量的線性運算運算律 (λ,μ ∈R) 交換律 a+b=b+a結合律 (a+b)+c=a+(b+c),λ(μa)=(λμ)a分配律 (λ+μ)a=λa+μa,λ(a+b)=λa+λb知識點 3 空間向量共線、共面的有關定理內容 共線向量定理 共面向量定理對任意兩個空間向量a,b(b≠0),a∥b的充要條件是存在實數λ,使a=λb 向量p與兩個不共線的空間向量a,b共面的充要條件是存在唯一的有序實數對(x,y),使p=xa+yb知識點 4 空間向量的數量積數量積 a·b=|a||b|cos,其中為兩個非零向量a,b的夾角運算律 (λa)·b=λ(a·b),λ∈R;a·b=b·a(交換律);(a+b)·c=a·c+b·c(分配律)性質和 應用 若a,b為非零向量,則a⊥b a·b=0a·a=|a||a|cos=|a|2,即|a|= cos= ,的范圍為[0,π]誤區警示 (1)兩個向量數量積的結果是數量,而不是向量,它可以是正數、負數或零;(2)兩個向量數量積的運算不滿足消去律(a·b=a·c /b=c)和乘法的結合律((a·b)·c≠a·(b·c)).知識辨析1.在空間中,將表示所有單位向量的有向線段的起點移到同一點后,它們的終點形成的軌跡是什么圖形 2.如果向量 與 的夾角為α,那么直線AB與CD所成的角是α嗎 3.如果 ∥平面CDE,則直線MN∥平面CDE嗎 一語破的1.球面.因為單位向量的模均等于1,所以將表示所有單位向量的有向線段的起點移到同一點后,它們的終點形成的軌跡是一個球面.2.不一定.當α∈ 時,直線AB與CD所成的角為α;當α∈ 時,直線AB與CD所成的角為α的補角.3.不一定.當直線MN 平面CDE時,才能通過 ∥平面CDE得到直線MN∥平面CDE.定點 1 空間向量共線、共面的結論和應用關鍵能力 定點破 1.空間向量共線、共面的結論(1)證明空間三點A,B,P共線:① =λ ;② = +λ ;③ =x +y ,其中x+y=1.(O為空間中任意一點)(2)證明空間四點A,B,P,M共面:① =x +y ;② = +x +y ;③ =x +y +z ,其中x+y+z=1;④ ∥ (或 ∥ 或 ∥ ).(O為空間中任意一點)2.空間向量共線、共面的應用 共線向量定理除了可以證明三點共線,還可以證明空間中兩直線平行.由于空間中兩個非零向量共線時,這兩個向量所在的直線可能平行,也可能重合,所以在證明時要說明一條直線上有一點不在另一條直線上,從而推得兩直線平行,不能由向量平行直接推出線線平行.共面向量定理除了可以證明四點共面,還可以證明線面平行,同理,也要說明線不在面內.典例 如圖,在四面體ABCD中, =λ , =λ , =(1-λ) , =(1-λ) ,λ∈(0,1). (1)求證:E,F,G,H四點共面;(2)若λ= ,M是EG和FH的交點,O是空間任意一點,用 , , , 表示 .解析: (1)證明:因為 = - =λ -λ =λ , = - =(1-λ) -(1-λ) =(1-λ) ,所以 = ,則 ∥ ,因此E,F,G,H四點共面.(2)由(1)知, = , = ,因此 = ,又EH,FG不在同一條直線上,所以EH∥FG,則 = = ,則 = ,即 - = ( - ),即 = + .當λ= 時, = ,即 - = ( - ),可得 = + ,同理, = ,即 - = ( - ),可得 = + ,所以 = × + × = + + + . 求解線段的長度、兩點間的距離時,均可將其轉化為求對應有向線段表示的向量的模,將此向量表示為已知的幾個向量的和或差的形式,分析已知向量兩兩之間的夾角以及它們的模,然后利用公式|a|= (推廣公式:|a±b|= = )求解即可.定點 2 利用數量積求長度(距離或模)典例 已知平行六面體(底面為平行四邊形的四棱柱)ABCD-A1B1C1D1的所有棱長都為1,且∠A1AD=∠A1AB=60°,∠DAB=45°,則BD1等于 ( )A. -1 B. -1C. D. - C解析:易得 = - + ,∴| |= = = = ,即BD1= .求兩條異面直線所成的角或其余弦值的步驟(1)根據題設條件取與兩條異面直線分別平行的非零向量(即兩條直線的方向向量);(2)將求異面直線所成角的問題轉化為求向量夾角的問題;(3)利用公式cos= 求向量夾角的余弦值;(4)將所求得的余弦值加上絕對值即得異面直線所成角的余弦值,進而可求出異面直線所成角的大小.定點 3 利用數量積求異面直線所成的角或其余弦值典例 如圖所示,在空間四邊形OABC中,OA=8,AB=6,AC=4,BC=5,∠OAC=45°,∠OAB=60°,求異面直線OA與BC所成角的余弦值. 解析:∵ = - ,∴ · = ·( - )= · - · =| |·| |·cos< , >-| |·| |·cos< , >=8×4×cos 135°-8×6×cos 120°=24-16 .∴cos< , >= = = ,∴異面直線OA與BC所成角的余弦值為 .1.1.2 空間向量的數量積運算基礎過關練題組一 空間向量數量積的概念及其運算1.如圖,若正四面體A-BCD的棱長為1,且=,則·=( )A.-1 B.- C. D.12.已知i,j,k為空間兩兩垂直的單位向量,且a=i+2j-k,b=3i-j+4k,則a·b= . 3.已知|a|=1,|b|=2,a與b的夾角是120°,當a+2b與ka-b的夾角為鈍角時,k的取值范圍為 . 題組二 利用空間向量的數量積求夾角或其余弦值4.已知向量a,b滿足|a|=2,|b|=1,|a+2b|=2,那么a與b的夾角為( )A.30° B.60° C.120° D.150°5.(教材習題改編)已知空間四邊形OABC的各邊長及對角線長都相等,E,F分別是AB,OC的中點,則向量與向量夾角的余弦值為 . 題組三 利用空間向量的數量積求長度(模)6.(教材習題改編)已知兩條異面直線a,b所成的角為60°,在直線a,b上分別取點A,E和點B,F,使AB⊥a,且AB⊥b.已知AE=6,BF=8,EF=2,則線段AB的長為( )A.10 B.2 C.2或10 D.2或27.已知在平行六面體ABCD-A1B1C1D1中,向量,,兩兩的夾角均為60°,且||=1,||=2,||=3,則||=( )A.5 B.6 C.4 D.8題組四 利用空間向量的數量積解決垂直問題8.(多選題)已知四面體ABCD中,AB,AC,AD兩兩垂直,則以下結論中一定成立的是( )A.|++|=|+-|B.(++)·=0C.|++|2=||2+||2+||2D.·=·=·9.如圖所示,在三棱錐A-BCD中,DA,DB,DC兩兩垂直,且DB=DC=DA=2,E為BC的中點.(1)證明:AE⊥BC;(2)求直線AE與DC所成角的余弦值.能力提升練題組一 利用空間向量的數量積求異面直線所成的角或其余弦值1.如圖,在平行六面體ABCD-A1B1C1D1中,AB=AD=AA1=1,∠BAD=,∠BAA1=∠DAA1=,則直線BD1與直線AC所成角的余弦值為( )A.- B. C.- D.2.如圖,在正三棱柱ABC-A1B1C1中,AB=BB1,則AB1與BC1所成角的大小為( )A.60° B.90° C.105° D.75°3.在棱長為2的正方體ABCD-A1B1C1D1中,P是BC1的中點,則異面直線PD與A1B所成角的余弦值是( )A. B. C. D.題組二 利用空間向量的數量積求長度(距離)4.如圖,在平面角大小為60°的二面角A-EF-D中,四邊形ABFE、CDEF都是邊長為1的正方形,則B,D兩點間的距離是 . 5.已知空間向量,,的模分別為1,2,3,且兩兩間的夾角均為60°.點G為△ABC的重心,若=x+y+z,x,y,z∈R,則||= . 題組三 空間向量數量積的綜合應用6.在四面體P-ABC中,有以下四個結論,其中錯誤的是( )A.若=+,則=3B.若四面體P-ABC的各棱長都相等,則·=0C.若·=0,·=0,則·=0D.若四面體P-ABC的各棱長都為2,M,N分別為PA,BC的中點,則||=17.(教材深研拓展)(多選題)在三維空間中,定義a×b叫做向量a與b的外積,它是一個向量,滿足下列兩個條件:①a⊥(a×b),b⊥(a×b),且a,b和a×b構成右手系(即三個向量的方向依次與右手的拇指、食指、中指的指向一致,如圖所示);②a×b的模|a×b|=|a||b|sin(表示向量a,b的夾角).在正方體ABCD-A1B1C1D1中,有以下四個結論,其中正確的有( )A.|×|=|×|B.×與共線C.×=×D.6|×|與正方體表面積的數值相等答案與分層梯度式解析1.1.2 空間向量的數量積運算基礎過關練1.C 4.B 6.D 7.A 8.ACD1.C 因為正四面體A-BCD的棱長為1,且=,所以·=(+)·=·=·=·+·-·=1×1×cos 60°+×1×1×cos 60°-×1×1×cos 60°=.故選C.2.答案 -3解析 ∵i,j,k為空間兩兩垂直的單位向量,∴|i|=|j|=|k|=1,i·j=i·k=j·k=0,∴a·b=(i+2j-k)·(3i-j+4k)=3i2-2j2-4k2=3-2-4=-3.3.答案 k>-7且k≠-解析 由題意得(a+2b)·(ka-b)=ka2+(2k-1)a·b-2b2=k+(2k-1)×1×2×cos 120°-8=-k-7<0,解得k>-7.又當k=-時,a+2b與ka-b反向共線,此時它們的夾角為180°,并不是鈍角,∴k>-7且k≠-.名師點睛 利用兩向量的夾角求參時,要考慮兩向量同向、反向的情形.4.B 根據題意,設a與b的夾角為θ,因為|a+2b|=2,所以(a+2b)2=a2+4b2+4a·b=8+8cos θ=12,即cos θ=,又0°≤θ≤180°,故θ=60°,故選B.5.答案 -解析 設=a,=b,=c且|a|=|b|=|c|=1,易知∠AOB=∠BOC=∠AOC=,則a·b=b·c=c·a=.因為=(+)=(a+b),=-=-=c-b,||=||=,所以·=(a+b)·=a·c+b·c-a·b-b2=-.設與的夾角為θ,則cos θ===-.所以向量與向量夾角的余弦值為-.6.D 因為=++,所以=+++2·+2·+2·,又異面直線a,b所成的角為60°,EF=2,AE=6,BF=8,故156=36+||2+64+48或156=36+||2+64-48,則||=2或||=2,故選D.7.A 易知在平行六面體ABCD-A1B1C1D1中,=++,∴==+++2·+2·+2·=1+4+9+2×1×2×cos 60°+2×1×3×cos 60°+2×2×3×cos 60°=25,∴||=5,故選A.方法總結 用數量積求線段長度的步驟:(1)用向量表示此線段;(2)用其他向量表示此向量;(3)結合公式a·a=|a|2,求此向量的模;(4)此向量的模即為所求長度.8.ACD 由題意可知,,,兩兩垂直,所以·=·=·=0.對于A,=++2(+)·=+,=+-2(+)·=+,所以=,即|++|=|+-|,故A正確;對于B,(++)·=(++)·(-)=-,當=時,-=0,否則不成立,故B錯誤;對于C,|++|2=||2+||2+||2+2(·+·+·)=||2+||2+||2,故C正確;對于D,·=·(-)=0,同理可得·=0,·=0,所以·=·=·,故D正確.故選ACD.9.解析 (1)證明:連接DE,則=-=(+)-,=-,所以·=·(-)=·-·+·-·-·+·=0-2+2-0-0+0=0,所以AE⊥BC.(2)·=·=·+·-·=0+2-0=2,||==,所以cos<,>===,即直線AE與DC所成角的余弦值為.能力提升練1.D 2.B 3.A 6.D 7.ABD1.D 易得=++=+-,=+,所以·=(+)·(+-)=·+·-++·-·,又AB=AD=AA1=1,∠BAD=,∠BAA1=∠DAA1=,所以·=0+-1+1+-0=,而||=,||====,所以直線BD1與直線AC所成角的余弦值為==.故選D.2.B 易得=-,=+,令||=a,則||=||=a,又⊥,⊥,所以·=(-)·(+)=·+-·-·=a2-a·acos 60°=0,因此,⊥,所以AB1與BC1所成角的大小為90°.故選B.3.A 如圖所示,=+=-,=++=++(+)=+-+=++,∴||===,又·=++·(-)=-=2,||=2,∴cos<,>===.∴異面直線PD與A1B所成角的余弦值是.4.答案 解析 ∵四邊形ABFE、CDEF都是邊長為1的正方形,∴AE⊥EF,DE⊥EF,BF⊥EF,CF⊥EF,又平面ABFE∩平面CDEF=EF,∴平面ABFE與平面CDEF的二面角為∠AED=∠BFC=60°,易得=++,∴||2=(++)2=||2+||2++2·+2·+2·=1+1+1+0+2×1×1×cos 120°+0=2,∴||=,故B,D兩點間的距離是.5.答案 解析 設BC的中點為D,因為G為△ABC的重心,所以==(+),所以-=(-+-)=+-,所以=++,所以||2==(+++2·+2·+2·)=×1+4+9+2×1×2×+2×2×3×+2×1×3×=,所以||=.6.D 對于A,若=+,則3=+2,整理得2-2=-,所以2=,故2=-,所以=3,故A中結論正確;對于B,設四面體的棱長均為a,則·=(+)·=·+·=a·a·cos 60°+a·a·cos 120°=0,故B中結論正確;對于C,若·=0,·=0,則·+·=0,所以·+·(+)=0,整理得(-)·+·=0,所以·+·=0,即·+·=0,即·=0,故C中結論正確;對于D,由題可知,四面體的各個面均為正三角形,則||=||=||=2,,,兩兩之間的夾角均為60°,又=-=(+)-=(+-),且|+-|==2,所以||=,故D中結論錯誤.故選D.7.ABD 對于A,設正方體的棱長為1,易知在正方體中,<,>=60°,則|×|=||||sin<,>=××=,因為BD∥B1D1,且∠AD1B1=60°,所以<,>=120°,所以|×|=||·||sin<,>=××=,所以|×|=|×|,故A正確;對于B,易知A1C1⊥B1D1,A1C1⊥BB1,因為B1D1∩BB1=B1,B1D1,BB1 平面BB1D1D,所以A1C1⊥平面BB1D1D,又BD1 平面BB1D1D,故BD1⊥A1C1,同理可得BD1⊥A1D,由右手系知,×與共線,故B正確;對于C,由a,b和a×b構成右手系知,a×b與b×a的方向相反,由a×b的模的定義知,|a×b|=|a||b|·sin=|b||a|sin=|b×a|,所以a×b=-b×a,則×=-×,故C錯誤;對于D,設正方體的棱長為a,則6|×|=6||·||·sin 45°=6a·a·=6a2,而正方體的表面積為6a2,故D正確.故選ABD.7第一章 空間向量與立體幾何1.1 空間向量及其運算1.1.1 空間向量及其線性運算基礎過關練題組一 空間向量的基本概念1.(多選題)下列命題中,是真命題的是( )A.同平面向量一樣,任意兩個空間向量都不能比較大小B.兩個相等的向量,若起點相同,則終點也相同C.只有零向量的模等于0D.共線的單位向量都相等2.(多選題)下列說法中正確的是( )A.向量的模是一個正實數B.任一向量與它的相反向量都不相等C.四邊形ABCD是平行四邊形的充要條件是=D.“向量的模為0”是“一個向量的方向是任意的”的充要條件3.(教材習題改編)給出下列命題:①若空間向量m,n,p滿足m=n,n=p,則m=p;②空間中,a∥b,b∥c,則a∥c;③在正方體ABCD-A1B1C1D1中,與是相等向量;④在空間四邊形ABCD中,與是相反向量;⑤在三棱柱ABC-A1B1C1中,與的模一定相等的向量一共有4個.其中正確命題的序號為 . 題組二 空間向量的線性運算4.(多選題)(2024湖北荊門龍泉中學月考)如圖,在長方體ABCD-A1B1C1D1中,下列各式的運算結果為的是( )A.--B.+-C.--D.-+5.如圖,在斜四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,AC與BD的交點為M,=a,=b,=c,則=( )A.a+b+c B.-a-b-c C.-a+b+c D.-a-b+c6.(教材習題改編)如圖,在四棱錐P-ABCD中,底面ABCD是平行四邊形,=2,則以下結論正確的是( )A.=++ B.=-+-C.=-+ D.=+-7.如圖,在四面體OABC中,=a,=b,=c,G為△ABC的重心,P為OG的中點,則=( )A.-a+b+c B.a-b-c C.-a+b+c D.a-b-c8.在四面體OABC中,=a,=b,=c,=λ(λ>0),N為BC的中點,若=-a+b+c,則λ=( )A. B.3 C. D.29.在長方體ABCD-A1B1C1D1中,設AD=AA1=1,AB=2,則|-|= . 題組三 空間向量共線、共面問題10.設e1,e2是兩個不共線的空間向量,且=e1+2e2,=2e1+7e2,=3(e1+e2),則( )A.A,C,D三點共線 B.A,B,C三點共線C.B,C,D三點共線 D.A,B,D三點共線11.(多選題)若O為空間中任意一點,在下列條件中,不能使M與A,B,C四點共面的是( )A.=2-- B.=++C.++=0 D.+++=012.(多選題)如圖,在平行六面體ABCD-A'B'C'D'中,=a,=b,=c.若=,=,則( )A.=a+b+c B.=a+b+cC.A,P,D'三點共線 D.A,P,M,D四點共面13.已知O,A,B,C為空間不共面的四點,且=+λ+μ(λ,μ∈R),若P,A,B,C四點共面,則函數f(x)=x2-3(λ+μ)x-1(x∈[-1,2])的最小值是 . 14.在四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,=k,=k,=k,=k.(1)當k=時,試用,,表示;(2)證明:E,F,G,H四點共面.答案與分層梯度式解析第一章 空間向量與立體幾何1.1 空間向量及其運算1.1.1 空間向量及其線性運算基礎過關練1.ABC 2.CD 4.AB 5.A 6.D 7.C 8.B 10.D11.ABD 12.BD1.ABC 空間向量不能比較大小,A正確;易知B、C正確;共線的單位向量大小相等,但方向可能相同,也可能不同,故它們不一定相等,D錯誤.2.CD A不正確,向量的模是一個非負實數.B不正確,零向量的相反向量仍是零向量,但零向量與零向量是相等的.易知C,D正確.3.答案 ①③解析 ①正確,向量的相等滿足傳遞性;②錯誤,平行向量不一定具有傳遞性,當b=0時,a與c不一定平行;③正確,與的模相等,方向相同;④錯誤,空間四邊形ABCD中,與的模不一定相等,方向也不是相反的;⑤錯誤,在三棱柱ABC-A1B1C1中,與的模一定相等的向量是,,,,,一共有5個.4.AB A中,--=-=;B中,+-=+=;C中,--=-=-=≠;D中,-+=++=+≠.故選AB.方法技巧 化簡空間向量的常用思路①分組:將向量合理分組,以便靈活運用三角形法則、平行四邊形法則進行化簡.②利用多邊形法則:在空間向量的加法運算中,若是多個向量求和,還可利用多邊形法則,即將若干個向量的和轉化為首尾相接的向量求和.③“走邊路”:靈活運用空間向量的加法、減法法則,盡量“走邊路”(即沿幾何體的邊選擇化簡途徑).5.A =+=+=(a+b)+c=a+b+c.故選A.6.D 因為底面ABCD是平行四邊形,=2,所以=+=++=++(+)=+-.故選D.7.C ∵G為△ABC的重心,∴=(+)=(-+-)=(b+c-2a),∵P為OG的中點,∴=(+)=-a+b+c.故選C.8.B ∵=λ(λ>0),N為BC的中點,∴=,=+,∴=-=+-=-a+b+c,又∵=-a+b+c,∴-=-,解得λ=3.故選B.9.答案 解析 |-|=|-|=||=||==.10.D ∵=+=3e1+9e2,=3(e1+e2),∴不存在實數λ,使得=λ成立,故A錯誤;∵=e1+2e2,=+=3e1+9e2,∴不存在實數λ,使得=λ成立,故B錯誤;∵=2e1+7e2,=3(e1+e2),∴不存在實數λ,使得=λ成立,故C錯誤;∵=e1+2e2,=+=5e1+10e2,∴=,故D正確.規律總結 對于空間三點P,A,B,可通過下列結論來得出三點共線:(1)存在實數λ,使=λ成立.(2)對空間中任意一點O,有=+t(t∈R).(3)對空間中任意一點O,有=x+y(x+y=1).11.ABD 空間四點A,B,C,M共面的充要條件是=x+y+z,其中O為空間中任意一點,且x+y+z=1.對于A,因為2-1-1=0≠1,所以A,B,C,M不共面;對于B,因為++=≠1,所以A,B,C,M不共面;對于C,=--,若,共線,則易知M,A,B,C四點一定共面,若,不共線,則由共面向量定理可知,,為共面向量,所以M與A,B,C一定共面;對于D,因為+++=0,所以=---,因為-1-1-1=-3≠1,所以A,B,C,M不共面.故選ABD.名師支招 1.證明點P在平面ABC內,可以用=x+y,或=+x+y,或=x+y+z(x+y+z=1),其中O為空間中任意一點.2.證明三個向量共面一般用p=xa+yb,證明三線共面常用=x+y,證明四點共面常用=x+y+z(其中x+y+z=1,O為空間中任意一點).12.BD 對于A,=++=a+b-c,故A錯誤;對于B,=+=++(+)=++=a+b+c,故B正確;對于C,易知A,P,D'三點不共線,故C錯誤;對于D,連接PM,由題可知點P和點M分別為CA'和CD'的中點,故PM∥A'D',又A'D'∥AD,所以PM∥AD,所以A,P,M,D四點共面,故D正確.故選BD.13.答案 -2解析 因為P,A,B,C四點共面,且=+λ+μ,所以+λ+μ=1,所以λ+μ=,所以f(x)=x2-2x-1=(x-1)2-2.當x∈[-1,2]時, f(x)min=f(1)=-2,即函數的最小值為-2.14.解析 (1)在四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,=+,當k=時,=,=,∴=+=(+)+=++.(2)證明:連接AC,EG.由共面向量定理可設=λ+μ(λ,μ∈R,且λ,μ不為0),則=-=k-k=k=k(λ+μ)=kλ+kμ=kλ(-)+kμ(-)=λ(-)+μ(-)=λ+μ,則,,共面且有公共點E,所以E,F,G,H四點共面.7 展開更多...... 收起↑ 資源列表 1.1.1 空間向量及其線性運算.docx 1.1.2 空間向量的數量積運算.docx 1.1 空間向量及其運算.pptx 縮略圖、資源來源于二一教育資源庫