高二数学立体几何中向量方法距离问题张用.pptx
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1、一、复习引入一、复习引入用空间向量解决立体几何问题的用空间向量解决立体几何问题的“三步曲三步曲”。(1)建立立体图形与空间向量的联系,用空间向)建立立体图形与空间向量的联系,用空间向量表示问题中涉及的点、直线、平面,把立体几何量表示问题中涉及的点、直线、平面,把立体几何问题转化为向量问题;问题转化为向量问题;(2)通过向量运算,研究点、直线、平面之间的)通过向量运算,研究点、直线、平面之间的位置关系以及它们之间距离和夹角等问题;位置关系以及它们之间距离和夹角等问题;(3)把向量的运算结果)把向量的运算结果“翻译翻译”成相应的几何意成相应的几何意义。义。(化为向量问题)(化为向量问题)(进行向量
2、运算)(进行向量运算)(回到图形)(回到图形)第1页/共87页空间空间“距离距离”问题问题1.空间两点之间的距离空间两点之间的距离 根据两向量数量积的性质和坐标运算,根据两向量数量积的性质和坐标运算,利用公式利用公式 或或 (其中其中 ),可将两点距离问题,可将两点距离问题转化为求向量模长问题转化为求向量模长问题.第2页/共87页 例例1:如图如图1:一个结晶体的形状为四棱柱,其中,:一个结晶体的形状为四棱柱,其中,以顶点以顶点A为端点的三条棱长都相等,且它们彼此的为端点的三条棱长都相等,且它们彼此的夹角都是夹角都是60,那么以这个顶点为端点的晶体的对角,那么以这个顶点为端点的晶体的对角线的长
3、与棱长有什么关系?线的长与棱长有什么关系?A1B1C1D1ABCD图图1解解:如图如图1,不妨设不妨设化为向量问题化为向量问题依据向量的加法法则依据向量的加法法则,进行向量运算进行向量运算所以所以回到图形问题回到图形问题这个晶体的对角线这个晶体的对角线 的长是棱长的的长是棱长的 倍倍。典典例例第3页/共87页思考:思考:(1)本题中四棱柱的对角线本题中四棱柱的对角线BD1的长与棱长有什么关系?的长与棱长有什么关系?(2)(2)如果一个四棱柱的各条棱长都相等,并且以如果一个四棱柱的各条棱长都相等,并且以某一顶点为端点的各棱间的夹角都等于某一顶点为端点的各棱间的夹角都等于 ,那么那么有这个四棱柱的
4、对角线的长可以确定棱长吗有这个四棱柱的对角线的长可以确定棱长吗?A1B1C1D1ABCD (3)(3)本题的晶体中相对的两个平面之间的距离本题的晶体中相对的两个平面之间的距离是多少是多少?(?(提示:求两个平行平面的距离,通常归结为求点到平提示:求两个平行平面的距离,通常归结为求点到平面的距离或两点间的距离)面的距离或两点间的距离)思考思考(1)分析分析:思考思考(2)分析分析:这个四棱柱的对角线的长可以确定棱长这个四棱柱的对角线的长可以确定棱长.第4页/共87页(3 3)本题的晶体中相对的两个平面之间的距离是多少?)本题的晶体中相对的两个平面之间的距离是多少?设设AB=1 AB=1(提示:求
5、两个平行平面的距离,通常归结为求点与面的距离)(提示:求两个平行平面的距离,通常归结为求点与面的距离)A1B1C1D1ABCDH 分析:分析:面面距离面面距离点面距离点面距离解:解:所求的距离是所求的距离是问题:如何求直线问题:如何求直线A1B1到平面到平面ABCD的距离?的距离?第5页/共87页向量法求点到平面的距离:向量法求点到平面的距离:P PA A如图,已知点如图,已知点P(x0,y0,z0),在平面在平面 内任意取一点内任意取一点A(x1,y1,z1),),一个法向量一个法向量其中其中其中其中也就是也就是也就是也就是APAP在法向量在法向量在法向量在法向量n n上的投影的绝对值上的投
6、影的绝对值上的投影的绝对值上的投影的绝对值第6页/共87页2、向量法求点到平面的距离、向量法求点到平面的距离:第7页/共87页3.求点到平面的距离求点到平面的距离:如图点如图点P为平面外一点,为平面外一点,点点A为平面内的任一点,平面的法向量为为平面内的任一点,平面的法向量为n,过过点点P作平面作平面 的垂线的垂线PO,记,记PA和平面和平面 所成的所成的角为角为,则点,则点P到平面的距离到平面的距离n APO 第8页/共87页DABCGFExyz第9页/共87页DABCGFExyz点到面的距离点到面的距离点到面的距离点到面的距离第10页/共87页已知正方形已知正方形ABCD的边长为的边长为4
7、,CG平平面面ABCDABCD,CG=2,ECG=2,E、F F分别是分别是ABAB、ADAD的中点,求的中点,求点点B B到平面到平面GEFGEF的距离。的距离。D DA AB BC CGGF FE Exyz点到面的距离点到面的距离点到面的距离点到面的距离第11页/共87页D DA AB BC CGGF FE Exyz点到面的距离点到面的距离点到面的距离点到面的距离第12页/共87页已知正方形已知正方形ABCD的边长为的边长为4,CG平平面面ABCDABCD,CG=2,ECG=2,E、F F分别是分别是ABAB、ADAD的中点,求的中点,求点点B B到平面到平面GEFGEF的距离。的距离。D
8、 DA AB BC CGGF FE Exyz等体积法等体积法法法2面到面的距离面到面的距离面到面的距离面到面的距离第13页/共87页 例例 如图,在正方体如图,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,棱长为中,棱长为1,求面,求面A1DB与面与面D1CB1的距离的距离.法法1:面面D1CB1 面面A1BD D1到面到面A1BD的距离即的距离即 为面为面D1CB1到面到面A1BD的距离的距离面到面的距离面到面的距离面到面的距离面到面的距离第14页/共87页 例例 如图,在正方体如图,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,棱长为中,棱长为1,求面,求面A1DB与面与面D1CB1的距离的距离.等体积法
9、等体积法法法2面到面的距离面到面的距离面到面的距离面到面的距离第15页/共87页 例例 如图,在正方体如图,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,棱长为中,棱长为1,E为为D1C1的中点,求的中点,求B1到面到面A1BE的距离的距离.第16页/共87页 例例 如图,在正方体如图,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,棱长为中,棱长为1,E为为D1C1的中点,求的中点,求B1到面到面A1BE的距离的距离.等体积法等体积法解解2第17页/共87页 例例 如图,在正方体如图,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,棱长为中,棱长为1,E为为D1C1的中点,求的中点,求D1C到面到面A1BE的距离的距离
10、.解解1:D1C 面面A1BE D1到面到面A1BE的距离即为的距离即为D1C到面到面A1BE的距离的距离.仿上例求得仿上例求得D1C到到 面面A1BE的距离为的距离为第18页/共87页 例例 如图,在正方体如图,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,棱长为中,棱长为1,E为为D1C1的中点,求的中点,求D1C到面到面A1BE的距离的距离.等体积法等体积法解解2第19页/共87页APDCBMN第20页/共87页解:如图解:如图,以以D D为原点建立空间直角坐标系为原点建立空间直角坐标系D Dxyzxyz 则则D(0,0,0),A(,0,0),B(,0),C(0,0),P(0,0,)D(0,0,
11、0),A(,0,0),B(,0),C(0,0),P(0,0,)APDCBMNzxy第21页/共87页甲站在水库底面上的点甲站在水库底面上的点甲站在水库底面上的点甲站在水库底面上的点A A A A处,乙站在水坝斜面上的点处,乙站在水坝斜面上的点处,乙站在水坝斜面上的点处,乙站在水坝斜面上的点B B B B处。从处。从处。从处。从A A A A,B B B B到直线到直线到直线到直线 (库底与水坝的交线)的距离(库底与水坝的交线)的距离(库底与水坝的交线)的距离(库底与水坝的交线)的距离ACACACAC和和和和BDBDBDBD分别为和分别为和分别为和分别为和 ,CD,CD,CD,CD的长的长的长的
12、长为为为为 ,AB,AB,AB,AB的长为求库底与水坝所成二面角的余弦值。的长为求库底与水坝所成二面角的余弦值。的长为求库底与水坝所成二面角的余弦值。的长为求库底与水坝所成二面角的余弦值。解:解:解:解:如图,如图,如图,如图,化为向量问题化为向量问题化为向量问题化为向量问题根据向量的加法法则根据向量的加法法则根据向量的加法法则根据向量的加法法则进行向量运算进行向量运算进行向量运算进行向量运算于是,得于是,得于是,得于是,得设向量设向量设向量设向量 与与与与 的夹角为的夹角为的夹角为的夹角为 ,就是库底与水坝所成的二面角。就是库底与水坝所成的二面角。就是库底与水坝所成的二面角。就是库底与水坝所
13、成的二面角。因此因此因此因此A AB BC CD D所以所以所以所以回到图形问题回到图形问题回到图形问题回到图形问题库底与水坝所成二面角的余弦值为库底与水坝所成二面角的余弦值为库底与水坝所成二面角的余弦值为库底与水坝所成二面角的余弦值为第22页/共87页 练习练习.(P107.2).(P107.2)如图,如图,6060的二面角的棱上的二面角的棱上有有A A、B B两点,两点,直线直线ACAC、BDBD分别在这个二面角的分别在这个二面角的两个半平面内两个半平面内,且都垂直且都垂直AB,AB,已知已知ABAB4,AC4,AC6 6,BDBD8 8,求,求CDCD的长的长.BACD解1第23页/共8
14、7页P107-2P107-2练习练习 如图,如图,6060的二面角的棱上有的二面角的棱上有A A、B B两点,直两点,直线线ACAC、BDBD分别在这个二面角的两个半平面内,且都垂直分别在这个二面角的两个半平面内,且都垂直ABAB,已知,已知ABAB4 4,ACAC6 6,BDBD8 8,求,求CDCD的长的长.BACD第24页/共87页 练习练习.(P107.2).(P107.2)如图,如图,6060的二面角的棱上的二面角的棱上有有A A、B B两点,两点,直线直线ACAC、BDBD分别在这个二面角的分别在这个二面角的两个半平面内两个半平面内,且都垂直且都垂直AB,AB,已知已知ABAB4,
15、AC4,AC6 6,BDBD8 8,求,求CDCD的长的长.BACD解2第25页/共87页如图,在四棱锥如图,在四棱锥P-ABCD中,底面中,底面ABCD是正是正方形,侧棱方形,侧棱PD 底面底面ABCD,PD=DC,E是是PC的中点,的中点,作作EF PB交交PB于点于点F.(1)求证:求证:PA/平面平面EDB(2)求证:求证:PB平面平面EFD(3)求二面角求二面角C-PB-D的大小。的大小。ABCDP PE EF F第26页/共87页ABCDP PE EF FXYZG解:如图所示建立空间直角坐标系,点解:如图所示建立空间直角坐标系,点D为坐标原点,为坐标原点,设设DC=1(1)证明:连
16、结证明:连结AC,AC交交BD于点于点G,连结连结EG第27页/共87页ABCDP PE EF FXYZG第28页/共87页ABCDP PE EF FXYZG第29页/共87页第30页/共87页zxyABCC1即即取x=1,则y=-1,z=1,所以EA1B1第31页/共87页 小结小结 1、E为平面为平面外一点外一点,F为为内任意一内任意一 点点,为平面为平面的法向量的法向量,则点则点E到平面的到平面的 距离为距离为:2、a,b是异面直线是异面直线,E,F分别是直线分别是直线a,b上的点上的点,是是a,b公垂线的方向向量公垂线的方向向量,则则a,b间距离为间距离为第32页/共87页距离问题:距
17、离问题:(1)A(x1,y1,z1),B(x2,y2,z2),则则第33页/共87页距离问题:距离问题:(2)点点P与直线与直线l的距离为的距离为d,则则第34页/共87页距离问题:距离问题:(3)点点P与平面与平面的距离为的距离为d,则则d第35页/共87页距离问题:距离问题:(4)平面平面与与的距离为的距离为d,则则mDCPA第36页/共87页 例例 如图,在正方体如图,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,棱长为中,棱长为1,E为为D1C1的中点,求点的中点,求点E到直线到直线A1B的距离的距离.点点E到直线到直线A1B的距离为的距离为第37页/共87页 例例 如图,在正方体如图,在正方
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