高中数学空间向量与立体几何教案新课标人教A选修.docx

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1、3.1.2空间向量的数乘运算（一）教学要求：理解共线或平行向量的概念，驾驭表示方法；理解共线向量定理及其推论；驾驭空间直线的向量参数方程；会运用上述学问解决立体几何中有关的简洁问题教学重点：空间直线、平面的向量参数方程及线段中点的向量公式教学过程：一、复习引入1. 回忆平面对量向量学问：平行向量或共线向量？怎样断定向量及非零向量是否共线？方向一样或者相反的非零向量叫做平行向量由于任何一组平行向量都可以平移到同一条直线上，所以平行向量也叫做共线向量向量及非零向量共线的充要条件是有且只有一个实数，使.称平面对量共线定理，二、新课讲授1.定义：及平面对量一样，假如表示空间向量的有向线段所在的直线相互

2、平行或重合，则这些向量叫做共线向量或平行向量平行于记作/2关于空间共线向量的结论有共线向量定理及其推论： 共线向量定理：空间随意两个向量、（0），/的充要条件是存在实数，使.理解：上述定理包含两个方面：性质定理：若（0），则有，其中是唯一确定的实数。推断定理：若存在唯一实数，使（0），则有（若用此结论推断、所在直线平行，还需（或）上有一点不在（或）上）.对于确定的和，表示空间及平行或共线，长度为 |，当0时及同向，当0时及反向的全部向量.3. 推论：假如l为经过已知点A且平行于已知非零向量的直线，那么对于随意一点O，点P在直线l上的充要条件是存在实数t满意等式 其中向量叫做直线l的方向向量.推

3、论证明如下：l/a ，对于l上随意一点P，存在唯一的实数t，使得(*) 又对于空间随意一点O，有， ， 若在l上取，则有(*)又 当时，理解： 表达式和都叫做空间直线的向量参数表示式，式是线段的中点公式事实上，表达式(*)和(*)既是表达式和的根底，也是直线参数方程的表达形式OABCD 表达式和三角形法则得出的，可以据此记忆这两个公式 推论一般用于解决空间中的三点共线问题的表示或断定空间向量共线（平行）的定义、共线向量定理及平面对量完全一样，是平面对量相关学问的推广4. 出示例1：用向量方法证明顺次连接空间四边形四边中点的四边形是平行四边形. （ 分析：如何用向量方法来证明？）5. 出示例2：

4、如图O是空间随意一点，C、D是线段AB的三等分点，分别用、表示、.三、稳固练习： 作业：3.1.2空间向量的数乘运算（二）教学要求：理解向量及平面平行、共面对量的意义，驾驭向量及平面平行的表示方法；理解共面对量定理及其推论；驾驭点在已知平面内的充要条件；会用上述学问解决立几中有关的简洁问题教学重点：点在已知平面内的充要条件教学难点：对点在已知平面内的充要条件的理解及运用教学过程：一、复习引入1. 空间向量的有关学问共线或平行向量的概念、共线向量定理及其推论以及空间直线的向量表示式、中点公式2. 必修平面对量，平面对量的一个重要定理平面对量根本定理：假如e1、e2是同一平面内两个不共线的向量，那

5、么对这一平面内的随意一个向量a，有且只有一对实数1、2，使a1e12e2.其中不共线向量e1、e2叫做表示这一平面内全部向量的一组基底二、新课讲授1. 定义：假如表示空间向量a的有向线段所在直线及已知平面平行或在平面内，则称向量a平行于平面，记作a/向量及平面平行，向量所在的直线可以在平面内，而直线及平面平行时两者是没有公共点的2. 定义：平行于同一平面的向量叫做共面对量共面对量不肯定是在同一平面内的，但可以平移到同一平面内3. 探讨：空间中随意三个向量肯定是共面对量吗？请举例说明结论：空间中的随意三个向量不肯定是共面对量例如：对于空间四边形ABCD，、这三个向量就不是共面对量4. 探讨：空间

6、三个向量具备怎样的条件时才是共面对量呢？5. 得出共面对量定理：假如两个向量a、b不共线，则向量p及向量a、b共面的充要条件是存在实数对x，y，使得 p= xa+yb 证明：必要性：由已知，两个向量a、b不共线 向量p及向量a、b共面 由平面对量根本定理得：存在一对有序实数对x，y，使得 p= xa+yb充分性：如图，xa，yb分别及a、b共线， xa，yb都在a、b确定的平面内又xa+yb是以xa、yb为邻边的平行四边形的一条对角线所表示的向量，并且此平行四边形在a、b确定的平面内， p= xa+yb在a、b确定的平面内，即向量p及向量a、b共面说明：当p、a、b都是非零向量时，共面对量定理

7、事实上也是p、a、b所在的三条直线共面的充要条件，但用于断定时，还须要证明其中一条直线上有一点在另两条直线所确定的平面内6. 共面对量定理的推论是：空间一点P在平面MAB内的充要条件是存在有序实数对x，y，使得， 或对于空间随意肯定点O，有 分析：推论中的x、y是唯一的一对有序实数； 由得：， 公式都是P、M、A、B四点共面的充要条件7. 例题：课本P88例1 ，解略 小结：向量方法证明四点共面三、稳固练习向量的数量积（2）一、教学目的：向量的数量积运算利用向量的数量积运算断定垂直、求模、求角二、教学重点：向量的数量积运算利用向量的数量积运算断定垂直、求模、求角三、教学方法：练习法，纠错法，归

8、纳法四、教学过程：考点一：向量的数量积运算（一）、学问要点：1）定义： 设=,则 （的范围为 ）设，则 。注：不能写成，或 的结果为一个数值。2）投影：在方向上的投影为 。3）向量数量积运算律： 注：没有结合律(二）例题讲练1、下列命题：若，则，中至少一个为若且，则中正确有个数为 （ ）A. 0个 B. 1个 C. 2个 D. 3个2、已知中，A，B，C所对的边为a,b,c，且a=3,b=1,C=30,则= 。3、若，满意，且，则= 。4、已知，且及的夹角为，则在上的投影为 。考点二：向量数量积性质应用(一)、学问要点： （用于断定垂直问题）（用于求模运算问题）（用于求角运算问题）(二)例题讲

9、练1、已知，且及的夹角为，求当m为何值时2、已知，则 。3、已知和是非零向量，且=，求及的夹角4、已知，且和不共线，求使及的夹角是锐角时的取值范围稳固练习1、已知和是两个单位向量，夹角为，则（）等于（ ）A.-8 B. C. D.82、已知和是两个单位向量，夹角为，则下面对量中及垂直的是（ ） A. B. C. D. 3、在中，设，若，则（ ） 直角三角形 锐角三角形 钝角三角形 无法断定4、已知和是非零向量，且及垂直，及垂直，求及的夹角。5、已知、是非零的单位向量，且+=，求证：为正三角形。3.1.4空间向量的正交分解及其坐标表示教学要求：驾驭空间向量的正交分解及空间向量根本定理和坐标表示；

10、驾驭空间向量的坐标运算的规律；会依据向量的坐标，推断两个向量共线或垂直教学重点：空间向量根本定理、向量的坐标运算教学难点：理解空间向量根本定理教学过程：一、新课引入1. 回忆：平面对量的加减及数乘运算以及平面对量的坐标运算，2. 复习：平面对量根本定理.二、讲授新课1. 类比：由平面对量的根本定理，对平面内的随意向量，均可分解为不共线的两个向量和，使. 假如时，这种分解就是平面对量的正交分解. 假如取为平面直角坐标系的坐标轴方向的两个单位向量，则存在一对实数x、y，使得，即得到平面对量的坐标表示.推广到空间向量，结论会如何呢？(1)空间向量的正交分解：对空间的随意向量，均可分解为不共面的三个向

11、量、，使. 假如两两垂直，这种分解就是空间向量的正交分解. (2)空间向量根本定理：假如三个向量不共面，那么对空间任一向量，存在有序实数组，使得. 把叫做空间的一个基底（base），都叫做基向量. 2. 单位正交基底：假如空间一个基底的三个基向量相互垂直，且长度都为1，则这个基底叫做单位正交基底，通常用i,j,k表示单位三个基向量的长度都为1；正交三个基向量相互垂直选取空间一点O和一个单位正交基底i,j,k，以点O为原点，分别以i,j,k的方向为正方向建立三条坐标轴：x轴、y轴、z轴，得到空间直角坐标系O-xyz，3. 空间向量的坐标表示：给定一个空间直角坐标系和向量a，且设i、j、k为坐标向

12、量，则存在唯一的有序实数组，使aijk空间中相等的向量其坐标是一样的探讨：向量坐标及点的坐标的关系？向量在空间直角坐标系中的坐标的求法：设A，B，则4. 向量的直角坐标运算：设a，b，则ab；ab；a； ab证明方法：及平面对量一样，将aijk和bijk代入即可5. 两个向量共线或垂直的断定：设a，b，则a/bab，；abab=06. 练习：已知a，b，求ab，ab，8a，ab解：略7. 出示例： 三、稳固练习 作业3.1.5空间向量运算的坐标表示（夹角和间隔 公式）教学要求：驾驭空间向量的长度公式、夹角公式、两点间间隔 公式、中点坐标公式，并会用这些公式解决有关问题教学重点：夹角公式、间隔

13、公式教学难点：夹角公式、间隔 公式的应用教学过程：一、复习引入1. 向量的直角坐标运算法则：设a，b，则ab；ab；a；ab上述运算法则怎样证明呢？（将aijk和bijk代入即可）2. 怎样求一个空间向量的坐标呢？（表示这个向量的有向线段的终点的坐标减去起点的坐标）二、新课讲授 向量的模：设a，b，求这两个向量的模.a，b这两个式子我们称为向量的长度公式这个公式的几何意义是表示长方体的对角线的长度2. 夹角公式推导：ab|a|b|cosa,bcosa,b由此可以得出：cosa,b这个公式成为两个向量的夹角公式利用这个共识，我们可以求出两个向量的夹角，并可以进一步得出两个向量的某些特殊位置关系：

14、当cosa、b1时，a及b同向；当cosa、b1时，a及b反向；当cosa、b0时，ab3. 两点间间隔 共识：利用向量的长度公式，我们还可以得出空间两点间的间隔 公式：在空间直角坐标系中，已知点，则，其中表示A及B两点间的间隔 3. 练习：已知A(3,3,1)、B(1，0，5)，求：线段AB的中点坐标和长度；到A、B两点间隔 相等的点的坐标x、y、z满意的条件 （答案：(2,3)；）说明：中点坐标公式：；中点p的轨迹是线段AB的垂直平分平面在空间中，关于x、y、z的三元一次方程的图形是平面4. 出示例5：如图，在正方体中，求及所成的角的余弦值分析：如何建系？ 点的坐标？ 如何用向量运算求夹角

15、？ 变式：课本P96、例65. 用向量方法证明：假如两条直线同垂直于一个平面，则这两条直线平行三.稳固练习 作业：课本P97练习 3题.3.2立体几何中的向量方法（一）教学要求：向量运算在几何证明及计算中的应用驾驭利用向量运算解几何题的方法，并能解简洁的立体几何问题教学重点：向量运算在几何证明及计算中的应用教学难点：向量运算在几何证明及计算中的应用教学过程：一、复习引入1. 用向量解决立体几何中的一些典型问题的根本思索方法是：如何把已知的几何条件（如线段、角度等）转化为向量表示；考虑一些未知的向量能否用基向量或其他已知向量表式；如何对已经表示出来的向量进展运算，才能获得须要的结论？2. 通法分

16、析：利用两个向量的数量积的定义及其性质可以解决哪些问题呢？利用定义ab|a|b|cosa,b或cosa,b，可求两个向量的数量积或夹角问题；利用性质abab可以解决线段或直线的垂直问题；利用性质aaa2，可以解决线段的长或两点间的间隔 问题二、例题讲解1. 出示例1：已知空间四边形OABC中，求证：证明： ， ，0 练习：教材P105 例1及P106思索题分析：如何转化为向量问题？进展怎样的向量运算？2. 出示例2：如图，已知线段AB在平面内，线段，线段BDAB，线段，假如ABa，ACBDb，求C、D间的间隔 解：由，可知由可知，2() 练习：教材P106 例2及其107思索题分析：如何转化为

17、向量问题？进展怎样的向量运算？说明:此方法也是用向量法求二面角的一种有效方法，应引起留意。3. 出示例3：如图，M、N分别是棱长为1的正方体的棱、的中点求异面直线MN及所成的角解：，()， 求得 cos，.4. 小结：（1）向量法解题“三步曲”：化为向量问题 进展向量运算 回到图形问题. （2）利用向量解几何题的一般方法：把线段或角度转化为向量表示式，并用已知向量表示未知向量，然后通过向量的运算去计算或证明三、稳固练习 作业：课本P107 练习 1、2题.3.2立体几何中的向量方法（二）教学要求：向量运算在几何证明及计算中的应用驾驭利用向量运算解几何题的方法，并能解简洁的立体几何问题教学重点：

18、向量运算在几何证明及计算中的应用教学难点：向量运算在几何证明及计算中的应用教学过程：一、复习引入 探讨：将立体几何问题转化为向量问题的途径？（1）通过一组基向量探讨的向量法，它利用向量的概念及其运算解决问题；（2）通过空间直角坐标系探讨的坐标法，它通过坐标把向量转化为数及其运算来解决问题. 二、例题讲解1. 出示例1： 如图，在正方体中，E、F分别是、CD的中点，求证：平面ADE证明：不妨设已知正方体的棱长为个单位长度，且设i，j，k以i、j、k为坐标向量建立空间直角坐标系Dxyz，则(-1,0,0)，(0,-1)，(-1,0,0)(0,-1)0，AD又 (0,1,)，(0,1,)(0,-1)

19、0， AE又，平面ADE说明：“不妨设”是我们在解题中常用的小技巧，通常可用于设定某些及题目要求无关的一些数据，以使问题的解决简洁化如在立体几何中求角的大小、断定直线及直线或直线及平面的位置关系时，可以约定一些根本的长度空间直角坐标些建立，可以选取随意一点和一个单位正交基底，但详细设置时仍应留意几何体中的点、线、面的特征，把它们放在恰当的位置，才能便利计算和证明2. 出示例2：课本P107 例3 分析：如何转化为向量问题？进展怎样的向量运算？3. 出示例3：课本P109 例4 分析：如何转化为向量问题？进展怎样的向量运算？4. 出示例4：证：假如两条直线同垂直于一个平面，则这两条直线平行改写为

20、：已知：直线OA平面，直线BD平面，O、B为垂足求证：OA/BD证明：以点O为原点，以射线OA为非负z轴，建立空间直角坐标系O-xyz，i,j,k为沿x轴，y轴，z轴的坐标向量，且设BD，i，j，i(1,0,0)x0，j(0,1,0)y0,(0,0,z)zk即/k由已知O、B为两个不同的点，OA/BD5. 法向量定义：假如表示向量a的有向线段所在直线垂直于平面，则称这个向量垂直于平面，记作a假如a，那么向量a叫做平面的法向量6. 小结：向量法解题“三步曲”：（1）化为向量问题 （2）进展向量运算 （3）回到图形问题. 三、稳固练习 作业：课本P111、 习题A组 1、2题.3.2立体几何中的向

21、量方法（三）教学要求：向量运算在几何证明及计算中的应用驾驭利用向量运算解几何题的方法，并能解简洁的立体几何问题教学重点：向量运算在几何证明及计算中的应用教学难点：向量运算在几何证明及计算中的应用教学过程：一、复习引入1. 法向量定义：假如直线, 取直线l的方向向量为，则向量叫作平面的法向量（normal vectors）. 利用法向量，可以奇妙的解决空间角度和间隔 .2. 探讨：如何利用法向量求线面角？ 面面角？直线AB及平面所成的角，可看成是向量所在直线及平面的法向量所在直线夹角的余角，从而求线面角转化为求直线所在的向量及平面的法向量的所成的线线角，依据两个向量所成角的余弦公式，我们可以得到

22、如下向量法的公式：.3. 探讨：如何利用向量求空间间隔 ？两异面直线的间隔 ，转化为及两异面直线都相交的线段在公垂向量上的投影长.点到平面的间隔 ，转化为过这点的平面的斜线在平面的法向量上的投影长. 二、例题讲解：1. 出示例1：长方体中，AD=2，AB=4，E、F分别是、AB的中点，O是的交点. 求直线OF及平面DEF所成角的正弦. 解：以点D为空间直角坐标系的原点，DA、DC、为坐标轴，建立如图所示的空间直角坐标系. 则.设平面DEF的法向量为 ， 则 ， 而， . ，即, 解得， . ， 而. 所以，直线OF及平面DEF所成角的正弦为.2. 变式： 用向量法求：二面角余弦；OF及DE的间

23、隔 ；O点到平面DEF的间隔 . 三、稳固练习 作业：课本P112、 习题A组 5、6题.法向量在立体几何中的应用向量在数学和物理学中的应用很广泛，在解析几何及立体几何里的应用更为干脆，用向量的方法特殊便于探讨空间里涉及直线和平面的各种问题。将向量引入中学数学后，既丰富了中学数学内容，拓宽了中学生的视野；也为我们解决数学问题带来了一套全新的思想方法向量法。下面就向量中的一种特殊向量法向量，结合近几年的高考题，谈谈其在立体几何有关问题中的应用。一、平面的法向量的定义假如表示向量的有向线段所在直线垂直于平面，则称这个向量垂直于平面，记作，假如，那么向量叫做平面的法向量二、平面的法向量的求法1、在几

24、何体中找平面的垂线对应的有向线段作为平面的法向量；2、在空间直角坐标系中利用向量的坐标运算来求法向量。BAyAPCA图1练习：在三棱锥PABC中，PA平面ABC，BAC=90，AB=2，AC=PA=1，求平面PBC的一个法向量。 写出平面ABC的一个法向量 。APHP图2三、利用平面的法向量求空间角 1、求直线和平面所成的角。如图（图2）所示，设PA及平面的法向量所在直线所成的角为，则PA及所成的角为，（其中）所以：例2如图（图3）所示，在四棱锥PABCD中，底面ABCD是正方形，图3FEyDCBAPPA底面ABCD，AEPD，EF/CD，PA=3AB，求直线AC及平面AEFB所成角的正弦值。

25、 2.直线及直线所成的角：3.求二面角的大小。设 分别为平面的法向量，二面角的大小为，向量 的夹角为，则有（图4）或 （图5）图4 图5 图6FEADCBD1C1A1B1zxy例3如图（图6）所示，在棱长为1的正方体ABCDA1B1C1D1中，AC及BD交于点E，C1B及CB1交于点F。（1）求证：A1C平面DBC1（2）求二面角BEFC的大小。四、利用法向量求间隔 1求点到平面的间隔 APHP图7利用法向量求点面间隔 的根本思路是：如图7，点P为平面外一点，点A为平面内任一点，平面的法向量为，过点P作平面的垂线PH，记PA和所成的角为，则P到平面的间隔 公式为：S图8NMOCBA例4如图8所

26、示，在三棱锥SABC中，ABC是边长为4的正三角形，平面SAC平面ABC，SA=SC=，M、N分别为AB、SB的中点，（1）证明：ACSB ；（2）求二面角NCMB的大小；（3）求点B到平面CMN的间隔 。B图7a/baQPA2求异面直线的间隔 两异面直线间的间隔 可先求得两直线的公共“法向量”（即及两直线都垂直的向量），然后在两直线上各取一点，求出过这两点的向量在法向量上的射影长就是两异面直线间的间隔 。 如图7，设A、B分别为异面直线、上的两点，为及、都垂直的向量，PQ为两异面直线、的间隔 ，则例5已知正方体ABCDA1B1C1D1的棱长是2，M、N分别为A1B1、BB1的中点，求（1）异

27、面直线AM及CN所成的角 （2）求异面直线AM及CN的间隔 。图9ADCBD1C1A1B1zxyNM应用平面的法向量解决立体几何问题的一般步骤是：(1)建立空间直角坐标系并写出相应的点及向量的坐标；(2)由法向量的定义求出平面的法向量；(3)由向量代数的有关学问断定平面的法向量及对应向量的关系(共线、垂直、夹角及间隔 等)；(4)依据题目的要求得出问题的结果。小结：通过建立适当直角坐标系，借助平面的法向量，省去了找点面距、线面角、二面角的平面角、异面直线的公垂线的过程，削减了协助线的添加，避开了一些较困难的空间想象，从而降低理解题难度，并且思路明确，过程程序化，效果显著。ED1CDB1A1C1BA练习：1如图,在长方体ABCDA1B1C1D1中，AD=AA1=1，AB=2，点E在棱AB上挪动。(1)证明：D1EA1D；(2)当E为AB的中点时，求点E到面ACD1的间隔 ；(3)AE等于何值时，二面角D1ECD的大小为。 BGDCAFE2.如图，已知ABCD是边长为4的正方形，E，F分别是AD，AB的中点，GC垂直于ABCD所在的平面，且GC2，求点B到平面FEG的间隔 。已知点P为矩形ABCD所在平面外一点，且PA平面ABCD，Q是线段PA的中点，AB=3，BC=4，PA=6，求点P到平面BQD的间隔 PQAC