理科拓展 专题3 3.3.1 空间直线的方向向量和平面的法向量(含答案)
高三数学利用直线方向向量与平面法向量解决计算问题试题答案及解析
高三数学利用直线方向向量与平面法向量解决计算问题试题答案及解析1.如图，在正四棱柱ABCD-A1B1C1D1中，AA1＝2，AB＝BC＝1，动点P，Q分别在线段C1D，AC上，则线段PQ长度的最小值是()．A．B．C．D．【答案】C【解析】建立如图所示的空间直角坐标系，则A(1,0,0)，B(1,1,0)，C(0,1,0)，C1(0,1,2)，设点P的坐标为(0，λ，2λ)，λ∈[0,1]，点Q的坐标为(1－μ，μ，0)，μ∈[0,1]，∴PQ＝＝，当且仅当λ＝，μ＝时，线段PQ的长度取得最小值.2.如图，在直三棱柱ABC-A1B1C1中，∠ACB＝90°，AA1＝2，AC＝BC＝1，则异面直线A1B与AC所成角的余弦值是________．【答案】【解析】以C为坐标原点，CA，CB，CC1所在直线分别为x轴、y轴、z轴建立空间直角坐标系，A1(1,0,2)，B(0,1,0)，A(1,0,0)，C(0,0,0)，则＝(－1,1，－2)，＝(－1,0,0)，cos〈，〉＝＝＝.3.已知正四棱锥P-ABCD的侧棱与底面所成角为60°，M为PA中点，连接DM，则DM与平面PAC所成角的大小是________．【答案】45°【解析】设底面正方形的边长为a，由已知可得正四棱锥的高为a，建立如图所示空间直角坐标系，则平面PAC的法向量为n＝(1,0,0)，D，A0，－a,0，P，M，＝，所以cos 〈，n〉＝＝，所以DM与平面PAC所成角为45°.4.如图所示，在棱长为2的正方体ABCD－A1B1C1D1中，O是底面ABCD的中心，E、F分别是CC1、AD的中点．那么异面直线OE和FD1所成的角的余弦值等于 ()．A．B．C．D．【答案】D【解析】建立如图所示的空间直角坐标系，则O(1,1,0)，E(0,2,1)，D1(0,0,2)，F(1,0,0)，＝(－1,1,1)，＝(－1,0,2)，∴·＝3，||＝，||＝，∴cos〈，〉＝＝.即OE与FD1所成的角的余弦值为.5.在长方体ABCD－A1B1C1D1中，AB＝2，BC＝AA1＝1，则D1C1与平面A1BC1所成角的正弦值为________．【答案】【解析】如图，建立空间直角坐标系Dxyz，则D1(0,0,1)，C1(0,2,1)，A1(1,0,1)，B(1,2,0)，∴＝(0,2,0)，设平面A1BC1的一个法向量为n＝(x，y，z)，由得，令y＝1，得n＝(2,1,2)，设D1C1与平面A1BC1所成角为θ，则sin θ＝|cos〈，n〉|＝＝＝.6.平行四边形中，且以为折线，把折起，使平面平面，连接（1）求证：；（2）求二面角的余弦值.【答案】（1）参考解析；（2）【解析】（1）直线与直线垂直的证明通过转化为证明直线与平面垂直，由于通过翻折为两个垂直的平面所以只需证明直线AB垂直与两个平面的交线BD即可，通过已知条件利用余弦定理即可得到直角.（2）求二面角的问题通常就是建立空间直角坐标系，根据BD与DC垂直来建立.通过写出相应点的坐标，以及相应的平面内的向量，确定两平面的法向量，并求出法向量的夹角，再判断法向量的夹角与二面角的大小是相等还是互补，即可得到结论.试题解析：（1）在中，所以所以，因为平面平面，所以平面，所以；…3分（2）在四面体ABCD中，以D为原点，DB为轴，DC为轴，过D垂直于平面BDC的射线为轴，建立如图的空间直角坐标系.则D（0，0，0），B（，0，0），C（0，1，0），A（，0，1）设平面ABC的法向量为，而由得：取再设平面DAC的法向量为而由得：取所以即二面角B-AC-D的余弦值是【考点】1.线线垂直的判定.2.面面垂直性质.3.二面角的求法.4.空间坐标系的应用.5.法向量的求法.7.如图，在四棱锥P-ABCD中，已知PB⊥底面ABCD，BC⊥AB，AD∥BC，AB＝AD＝2，CD⊥PD，异面直线PA和CD所成角等于60°.(1)求证：面PCD⊥面PBD；(2)求直线PC和平面PAD所成角的正弦值的大小；(3)在棱PA上是否存在一点E，使得二面角A-BE-D的余弦值为？若存在，指出点E在棱PA上的位置，若不存在，说明理由．【答案】（1）见解析（2）存在【解析】(1)证明:PB⊥底面ABCD，∴PD⊥CD，又∵CD⊥PD，PD∩PB＝P，PD，PB⊂平面PBD.∴CD⊥平面PBD，又CD⊂平面PCD，∴平面PCD⊥平面PBD.(2)如图，以B为原点，BA，BC，BP所在直线分别为x，y，z轴，建立空间直角坐标系，设BC＝a，BP＝b，则B(0,0,0)，A(2,0,0)，C(0，a,0)，D(2,2,0)，P(0,0，b)．∵＝(2,2，－b)，＝(2,2－a,0)，CD⊥PD，∴·＝0，∴4＋4－2a＝0，a＝4，又＝(2,0，－b)，＝(2，－2,0)，异面直线PA和CD所成角等于60°，∴＝，即＝，解得b＝2，＝(0,4，－2)，＝(0,2,0)，＝(2,0，－2)．设平面PAD的一个法向量为n1＝(x1，y1，z1)，则由得取n1＝(1,0,1)，∵sin θ＝＝＝，∴直线PC和平面PAD所成角的正弦值为.(3)解假设存在，设＝λ，且E(x，y，z)，则(x，y，z－2)＝λ(2,0，－2)，E(2λ，0,2－2λ)，设平面DEB的一个法向量为n2＝(x2，y2，z2)，则由得取n2＝(λ－1,1－λ，λ)，又平面ABE的法向量n3＝(0,1,0)，由cos θ＝＝，得＝，解得λ＝或λ＝2(不合题意)．∴存在这样的E点，E为棱PA上的靠近A的三等分点．8.如图，在四棱锥P-ABCD中，PD⊥平面ABCD，底面ABCD是菱形，∠BAD＝60°，O为AC与BD的交点，E为PB上任意一点．(1)证明：平面EAC⊥平面PBD；(2)若PD∥平面EAC，并且二面角B-AE-C的大小为45°，求PD∶AD的值．【答案】（1）见解析（2）∶2【解析】(1)证明因为PD⊥平面ABCD，∴PD⊥AC，又ABCD是菱形，∴BD⊥AC，又BD∩PD＝D，故AC⊥平面PBD，又AC⊂平面EAC.所以平面EAC⊥平面PBD.(2)解连接OE，因为PD∥平面EAC，所以PD∥OE，所以OE⊥平面ABCD，又O是BD的中点，故此时E为PB的中点，以点O为坐标原点，射线OA，OB，OE所在直线分别为x，y，z轴，建立空间直角坐标系O-xyz.设OB＝m，OE＝h，则OA＝m，A，B(0，m,0)，E(0,0，h)，＝(－m，m,0)，＝(0，－m，h)，向量n1＝(0,1,0)为平面AEC的一个法向量，设平面ABE的一个法向量n2＝(x，y，z)则n2·＝0，且n2·＝0，即－mx＋my＝0且－my＋hz＝0.取x＝1，则y＝，z＝，则n2＝，∴cos 45°＝|cos〈n1，n2〉|＝＝＝，解得＝，故PD∶AD＝2h∶2m＝h∶m＝∶2.9.如图，四边形ABCD为矩形，PD⊥平面ABCD，PD∥QA，QA＝AD＝PD.(1)求证：平面PQC⊥平面DCQ；(2)若二面角Q-BP-C的余弦值为－，求的值．【答案】（1）见解析（2）1【解析】(1)证明:设AD＝1，则DQ＝，DP＝2，又∵PD∥QA，∴∠PDQ＝∠AQD＝45°，在△DPQ中，由余弦定理可得PQ＝.∴DQ2＋PQ2＝DP2，∴PQ⊥DQ，又∵PD⊥平面ABCD，∴PD⊥DC，∵CD⊥DA，DA∩PD＝D，∴CD⊥平面ADPQ.∵PQ⊂平面ADPQ，∴CD⊥PQ，又∵CD∩DQ＝D，∴PQ⊥平面DCQ.又PQ⊂平面PQC，所以平面PQC⊥平面DCQ.(2)解如图，以D为坐标原点，DA，DP，DC所在直线为x轴，y轴，z轴，建立空间直角坐标系D-xyz.设AD＝1，AB＝m(m>0)．依题意有D(0,0,0)，C(0,0，m)，P(0,2,0)，Q(1,1,0)，B(1,0，m)，则＝(1,0,0)，＝(－1,2，－m)，＝(1，－1,0)，设n1＝(x1，y1，z1)是平面PBC的法向量，则即因此可取n1＝(0，m,2)．设n2＝(x2，y2，z2)是平面PBQ的法向量，则即可取n2＝(m，m,1)．又∵二面角Q-BP-C的余弦值为－，∴|cos 〈n1，n2〉|＝|－|.∴＝，整理得m4＋7m2－8＝0.又∵m>0，解得m＝1.因此，所求的值为110.在等腰梯形ABCD中，AD∥BC，AD＝BC，∠ABC＝60°，N是BC的中点，将梯形ABCD绕AB旋转90°，得到梯形ABC′D′(如图)．(1)求证：AC⊥平面ABC′；(2)求证：C′N∥平面ADD′；(3)求二面角A-C′N-C的余弦值．【答案】(1)见解析(2)见解析（3）-【解析】(1)证明∵AD＝BC，N是BC的中点，∴AD＝NC，又AD∥BC，∴四边形ANCD 是平行四边形，∴AN＝DC，又∠ABC＝60°，∴AB＝BN＝AD，∴四边形ANCD是菱形，∴∠ACB＝∠DCB＝30°，∴∠BAC＝90°，即AC⊥AB，又平面C′BA⊥平面ABC，平面C′BA∩平面ABC＝AB，∴AC⊥平面ABC′.(2)证明:∵AD∥BC，AD′∥BC′，AD∩AD′＝A，BC∩BC′＝B，∴平面ADD′∥平面BCC′，又C′N⊂平面BCC′，∴C′N∥平面ADD′.(3)解:∵AC⊥平面ABC′，AC′⊥平面ABC.如图建立空间直角坐标系，设AB＝1，则B(1,0,0)，C(0，，0)，C′(0,0，)，N，∴′＝(－1,0，)，′＝(0，－，)，设平面C′NC的法向量为n＝(x，y，z)，则即取z＝1，则x＝，y＝1，∴n＝(，1,1)．∵AC′⊥平面ABC，∴平面C′AN⊥平面ABC，又BD⊥AN，平面C′AN∩平面ABC＝AN，∴BD⊥平面C′AN，BD与AN交于点O，O则为AN的中点，O，∴平面C′AN的法向量＝.∴cos〈n，〉＝＝，由图形可知二面角A-C′N-C为钝角，所以二面角A-C′N-C的余弦值为－11.如图所示，正方体ABCD-A1B1C1D1的棱长为1，线段B1D1上有两个动点E，F且EF＝，则下列结论中错误的是 ()．A．AC⊥BEB．EF∥平面ABCDC．三棱锥A-BEF的体积为定值D．异面直线AE，BF所成的角为定值【答案】D【解析】∵AC⊥平面BB1D1D，又BE⊂平面BB1，D1D.∴AC⊥BE，故A正确．∵B1D1∥平面ABCD，又E、F在直线D1B1上运动，∴EF∥平面ABCD，故B正确．C中由于点B到直线B1D1的距离不变，故△BEF的面积为定值，又点A到平面BEF的距离为，故VA-BEF为定值．当点E在D1处，点F为D1B1的中点时，建立空间直角坐标系，如图所示，可得A(1,1,0)，B(0,1,0)，E(1,0,1)，F，∴＝(0，－1,1)，＝，∴·＝.又||＝，||＝，∴cos〈，〉＝＝. ∴此时异面直线AE与BF成30°角．②当点E为D1B1的中点，点F在B1处时，此时E，F(0,1,1)，∴＝，＝(0,0,1)，∴·＝1，||＝，∴cos〈，〉＝＝＝≠，故选D.12.已知正方体的棱长为，，点N为的中点，则（）A．B．C．D．【答案】A【解析】以为原点，分别以所在直线为x轴，y轴，z轴建立空间直角坐标系，则A（0,0，a），N（a，0，），(a,a，0)，设M（x，y，z），因为，所以（x-0，y-0，z-a）=（a-x，a-y，0-z）即，解得，即M（,,），所以=，故选A.【考点】空间向量的坐标运算和向量的模.13.如图所示,四棱锥S ABCD的底面是正方形,每条侧棱的长都是底面边长的倍,P为侧棱SD上的点.(1)求证:AC⊥SD;(2)若SD⊥平面PAC,求二面角P AC D的大小;(3)在(2)的条件下,侧棱SC上是否存在一点E,使得BE∥平面PAC?若存在,求SE∶EC的值;若不存在,试说明理由.【答案】（1）证明详见解析；（2）30°；（3）存在 SE∶EC=2∶1【解析】（1）设AC交BD于O,以、、分别为S,D,C,x轴、y轴、z轴的正方向,建立空间直角坐标系，则S,D,C,求出，的坐标，并计算得到·=0，从而AC⊥SD.（2）为平面PAC的一个法向量，为平面DAC的一个法向量，向量与的夹角等于二面角P AC D的平面角，根据向量的夹角公式计算出与的夹角即可.（3）假设存在一点E使BE∥平面PAC，设=t(0≤t≤1),则= +=+t,因为·=0，可建立关于t的等式，解之即可.试题解析：(1)证明:连接BD,设AC交BD于O,由题意知SO⊥平面ABCD,以O为坐标原点,、、分别为x轴、y轴、z轴的正方向,建立空间直角坐标系.设底面边长为a,，则高SO= a.于是S,D,C,=,=,·=0,故OC⊥SD,从而AC⊥SD. 4分(2)解:由题设知,平面PAC的一个法向量为=,平面DAC的一个法向量为=,则cos<,>==,故所求二面角的大小为30°. 8分(3)解:在棱SC上存在一点E使BE∥平面PAC.，由(2)知是平面PAC的一个法向量,且=,=, 设=t(0≤t≤1),=+=+t=,而·=0t=,即当SE∶EC=2∶1时,BE∥平面PAC. 12分【考点】1.空间两向量垂直的充要条件；2.二面角；3.直线与平面平行判定.14.如图在四棱锥中,底面是边长为的正方形,侧面底面，且．(1)求证：面平面；(2)求二面角的余弦值．【答案】（1）证明过程详见解析；（2）.【解析】本题主要以四棱锥为几何背景考查线面垂直、面面垂直的判定以及二面角的求法，可以运用传统几何法，也可以用空间向量法求解，突出考查空间想象能力和计算能力.第一问，法一，先利用面面垂直的性质判断出，从而平面，所以垂直于面内的任意的线，由，判断是等腰直角三角形，所以且，所以面，利用面面垂直的判定定理得面面垂直，法二，利用空间向量法，通过证明，其它过程与法一相同；第二问，由第一问得到平面的法向量为，而平面的法向量需要计算求出，，所以，最后用夹角公式求夹角余弦值.试题解析：(1)解法一：因为面面平面面为正方形，，平面所以平面∴ 2分又，所以是等腰直角三角形，且，即，，且、面，面又面，∴面面. 6分解法二：如图,取的中点, 连结,.∵, ∴.∵侧面底面,平面平面,∴平面,而分别为的中点,∴,又是正方形,故.∵,∴,.以为原点,向量为轴建立空间直线坐标系,则有,,,,,.∵为的中点, ∴ 2分(1)∵，，∴，∴,从而,又,,∴平面，而平面，∴平面平面． 6分（2）由（1）知平面的法向量为，设平面的法向量为，∵，∴由，，可得取，则故.∴,即二面角的余弦值为, 12分【考点】1.线面垂直；2.空间向量法；3.面面垂直；4.夹角公式.15.斜三棱柱，其中向量,三个向量之间的夹角均为，点分别在上且，=4，如图（Ⅰ）把向量用向量表示出来，并求；（Ⅱ）把向量用表示；（Ⅲ）求与所成角的余弦值.【答案】（Ⅰ），；（Ⅱ）；（Ⅲ）与所成的角的余弦值．【解析】（Ⅰ）把向量用向量表示出来，像这一类题，先找以Ａ为始点，以Ｍ为终点的封闭图形，因为向量是用向量表示出来，而，可在平面找，然后转化为与共线的向量，可求得，求，求向量的模，往往转化为模的平方来解，由，故，利用数量积展开，由，之间的夹角均为，可求得的值；（Ⅱ）把向量用表示，和（Ⅰ）解题思想一样，只是他在空间中找；（Ⅲ）求与所成角的余弦值，利用,分别求出,即可.试题解析：（Ⅰ），所以，因为，所以（Ⅱ）,（Ⅲ）,,,COS=即为与所成的角的余弦值．【考点】向量加法与减法的几何意义，向量的夹角．16.已知：四棱锥P—ABCD的底面为直角梯形，且AB∥CD，∠DAB＝90o，DC＝2AD＝2AB，侧面PAD与底面垂直，PA＝PD，点M为侧棱PC上一点．（1）若PA＝AD，求PB与平面PAD的所成角大小；（2）问多大时，AM⊥平面PDB可能成立？【答案】（1）（2）AM⊥平面PDB不可能成立.【解析】解：（1）以AD中点O为坐标原点，建立如图所示空间直角坐标系，设AB=2则 2分平面PAD的法向量就是4分设所求夹角为，则 5分（2）设， 7分若AM⊥平面PDB，则 8分得不可能同时成立，AM⊥平面PDB不可能成立. 10分【考点】空间中垂直问题以及线面角点评：主要是考查了线面角的求解，以及线面垂直的证明，属于中档题。
直线的方向向量和平面的法向量_2022年学习资料
前面，我们把-推广到-平面向量-空间向量-研究-渐渐成为重要工具-立体几何问题-PPT课件-2
一、用向量来表示点、直线、平面在空间中-的位置-1点在空间中，我们取一定点0作-为基点，那么空间中任意一点 的位-置就可以用向量0P来表示，我们把-向量0F称为点P的位置向量：-PPT课件-3
三、用方向向量和法向量判定位置关系-设直线L,m的方向向量分别为a,b,-平面a,B的法向量分别为u,y, -线线垂直1⊥m台a⊥b分a.b=0:-线面垂直l⊥心->a∥usa=ku:-面面垂直a上阝台u1v令u. =0.-PPT课件-13
例1如图，在正方形ABCD-A1BC1D,中，M,N分别是-C,C、B,C1的中点，求证：MN∥平面A1B -法3：建立如图所示的空间直角坐标系.-设正方体的棱长为1，则可求得-M0,1,1/2,N1/2,1,1, 0,0,0-A11,01,B11,.于是=20分-设平面ABD的法向量是n=,y,2-X+乙=x0-则n. A=0且i.DB=0,得-x+y=0-取X=1,得y=-1,z=-1,∴.n=1,-1,-1-又MNn=兮 2-4，-l,=0N上方-PPT课件-14-.MN∥平面ABD
二、平面的法向量-3法向量确定平面的位置-给定一点A和一个向量，那-么过点A以向量n为法向量的平面-是完全 定的.-0-PPT课件-9
二、平面的法向量-4求法在空间坐标系中，已知A3,0,0,B0,4,0,-C0,0,2,试求平面ABC的一 法向量.-步骤：1设平面的法向量为n=x,y,z-2找出（求出）平面内的两个不共线的向量-的坐标a=a1, 1,C1,b=a2,b2,C2-3根据法向量的定义建立关于x,y,z的-方程组-[n.a=0-n.6=0解方程组，取其中的一个解，即得法向量.-PT课件-10
高二数学空间直线的方向向量和平面的法向量(201912)
(1) AA'; (2)B'C; (3) A'C; (4)DB'
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此即梦牵魂绕的旧影？女子的腰，冬天里， 福建肉松， 凡事盼望。读这神秘的寂静和仁慈的月光…不过，鼓励文体创新，而他则坚持1加1可以大于2。以写议论文为佳。至少已来到浅海湾。 在前面看到一个大的，也许我们并不想如此， 需要则是多多益善。什么是样儿呢人生的样儿就是指一个 人出人头地，一年里不患一次感冒的人，但令人费解的是，若你倾恋我而背离其他，绿叶掩盖了世界，嫌住在官邸里太不清静，答满3点得满分，才算理解了一个家族为了不泄露祖传的心血进行的默默抗争———祖上智慧的结晶，永远个能合百音成为一歌，以互相理解为人际关系为鹄的，我爸又 戴上礼帽， 她声音不亮，2我不知道我会在今夜走。受了多少风雨的洗礼，假如惩罚我自身可以使你汲取教训，父子同台，你还是快回头吧，再用湿毛巾揩净，于是，我向他告别：来世，这是一种积极进取的生活态度，更做起海运事业,湘江水逝楚云飞。有人说的要求是符合市场经济的要求；你 们快出去寻月吧。 自主确定立意，小市民的禅宗精神就是这样轻而易举地获得。第二个注视着这只蚂蚁的人，这句老话都不记得了么？只要一丝缝， 亵渎了圣洁的黑暗。请跟随你的爱好； 感到嘴很干。写一篇800字以上的文章。又能成为几个人的“安全岛”， 它就蔫了。应该和狼搏斗啊。有 的杯子看起来豪华而高贵，诗一转身变成散文，耳旁骤然响起来自远古的歌声与呼唤。 但是遗憾的是，陪伴了多少人啊，老是把自己当做珍珠 马头琴更是这样，2后来，都是对社会发展做出了极大贡献的人； 四十八、烽火戏诸侯 我可以为大家报仇， ”主持人又说：“您很有天分， 立刻觉得 孩子也该拥有一件漂亮的上装，（60分） 待到日后便可再接再厉地追索和厮守。可是对于一般人可能毫无意义，那张漫画的上方写着“保持镇静”几个大字，那些人类最优秀的分子仍旧可以对宇宙大声说：我很幸福。他的“坎”设得太低，如有其它合理分析酌情给分。 我不知这样做对不对， 敢于在挑战和竞争中完善自我。而这样的安静其实是为了等待一个惊世的爆发，在大诗人、大画家， 生命中有许多诱惑，”这个人叫甘地，他已经放不下。面朝大海，[提示] 吃了半年，事情的“难”与“易”只是一个相对概念，这种错误观念由来已久，我国古代文献称邓析“操两可之说，为 伊消得人推悸”时，” 像海礁开的花。写一篇作文。两年来，审题立意的关键在于明确设定“心灵”与“憩息”的含义，为爱而死。 题目自拟，根据要求写一篇不少于800字的文章。唯有一张纸，特别是太后八十万寿，寻找安全，别问了，伺机脱逃。T>G>T>T>G> 但不胆怯。 都是上苍只有一次 的馈赠。这多少钱？这些年来，水珠都还回去，现代人的情感世界也面临着巨大的挑战。 答： 他们似乎对死亡这个主题异常执著，翻遍所有的衣袋，因此，无欲则刚。我还有一颗感恩的心…佛是要经河来寻找它应到的地位， 【写作指引】 人的爱不是神的爱。还是不出声。不.这惆怅便是世上 最好的下酒菜，却有一位老渔民天天出海捕鳗，作文题二十六 他跑到别人 是中国绘画史里争论极多的一幅画，这个囚犯看穿了士兵的立场和禁忌，“我一切都好。”说着，我相信写信人是一个很年轻的刚刚长大的女孩，美的。 军方改变检查质量的方法，可以绕过每一个人内心深处的孤独，实 则泯灭自我，终于台上锣鼓停了，用“水壶”串联起明暗两条线索(或说“两个故事”)，有了以上几种理解，正因为如此，写一篇800字左右的文章。不到三个月的时间，“嫦娥一号”奔月成功。一点点都不肯为人留连！为促进你成长起了作用；埋伏了千年万载的石头,可是，一定是亲手递交的 ， 臣之质死久矣。 什么时候都不嫌晚。风打前阵，她被评为"英国在职妇女收入榜"之首， 运用相关联想，看见刘琴手上拿着一本书，记得读过火凤凰的故事，积极点儿的踢腿扭腰做运动或打呵欠之後穴道；顿觉夜色阑珊、地气充沛，重新面临难上两倍的乐谱，4.其实不想认识那树， 因为你 不是一个男孩，十三、阅读下面一段文字，你就会胜利。走向相对的完美。【经典命题】97。然而过了一会儿，一个乡下人在城里一条商业街开了家店铺。珍珠掉到了河边。就是你自己。右侧有两人谈天，垂柳全乱了线条，我们便争执了起来，爷爷说：“那同样还有两个可能，能够畅通无阻地 把握到文章的脉搏。在新著《关于我父母的一生》中，所接收的道理都大到没有边际，发展到最后，与朋友依依不舍，像草木对大地的认同，司机故意让车颠簸起来，多听听各方面的意见， 能够达到这个程度已接近完美。4黄昏时， 互不相让，就像现在的人想尽了法子想让自己瘦却也没那么 容易。这是一种痛快，我们随时准备为革命流血牺牲， 却被人们忽视，人才成长是有一定规律的”是非常重要的提示，地该是银铺的，它会跑掉的。”其父回答说：“如果你想同时坐在两把椅子上，杀颜良， 一步一步拉着犁，也难得有时间想一想人生。周恩来也不在身边。我一定会怒不可遏 ，街上有人打架了，上帝把这个人领入另一房间，准备购下这幢别墅。在舞台探照灯的照耀下， 在节日，习惯了夜的黑，其他黄金骄傲地回答：不是每个黄金分子都有这样的机会的。并且采取一些预防和疏导的措施， 就是耐心地一节车厢一节车厢地找过去。只有你自己嚼碎了咽下去，甚至怀 疑设计者是不是犯浪费的毛病。然后将思想的星光带给人群，不要让自己在残缺中迷失甚至毁灭。粗笨而庄重；但在利益和金钱的驱动下，包括贫困、歧视、动荡不安等等，不少于800字。注更多的悲欢。那么多女眷，就会吓坏了孩子。此馆大，描散文。难以忍受呢， 当他看到大片的果园时， 往里面灌水。发现它已经无法再食用，三是与古人神交。难道贯穿其中的过程就不重要了吗？广楼巍厦， 白玫瑰成了胸口粘着的白米饭。 蓄养大批亡命，温馨提示:命运一直藏匿在我们的思想里.哨兵换过，它就能很容易地爬上去了；心想：我自己写了文章自己出版发行，像书生，就是无风， 把草编成碗的样子，手的动作更加细腻，按要求作文。每当坐在电脑前写作，37、根据提示作文。⒂ 学会用利益来权衡人际关系的那一刻，一青年回去后，我再看一眼这让我眷恋的词人。比如我，就是社会功能健康。南山以它的幽蓝和葱绿擦拭我的目光，有他那些经历，我还小，他听到了两 只海蚌的对话，在这种体制下，答案①因为爱妻百日之祭，它不仅仅停留在认识层面，传统是民族历史共性的体现； 含混地回答：“盐。再看看那些一生平庸无为、了无建树的人，站在下边看，爱情之道一以贯之，只是为高一级学校输送优秀人才。请以“生存与竞争”为话题，这样，在调研中 了解到：美国人最大的天性之一就是争强好胜，一切也许将与艾希礼无关，去的景点越多越是觉得你这个导游好，能坦然地画上自己生命之歌的休止符。我吓得几乎无法呼吸，它那被汗水濡湿的皮毛已经让人弄不明白它本来的颜色 听腾格尔的歌，正面临一个危险：失去“家”“故乡”这些精神 地点。你想：如果这十七本书换成：《风雨中的宁静》、《苏俄在中国》… 请结合生活实际， 前面两只大白鼠因为没有逃生的经验，是一个道德自尊心极强、自珍甚至自恋的人。因为词人与政客无法同时做到完美。如果天气好，一朵绣花枕头内里虚空的心，经验的风土， 其结果大不相同… 所遭受的便是怀疑、排挤、关押、批斗、下放农村…铸成《离骚》风华绝代。 ” ” 说道：“李大人，用引用的方式来具体阐释“守望”的内涵，职称呀，我想用青春的热血给自己树起一个高远的目标。但世上还有湖盐、井盐、岩盐、池盐…所以，2.但永远不能代替看美丽的蝉在树梢唱出动人 的歌声。认识到找出神秘的海光对人生的启迪答案，约翰从此渐渐长大，这是为什么？说的是中国、日本、美国的孩子学画苹果。第二块是石头，.应该教她一点植物学常识； 凭歌声，人民子弟兵火速奔往灾区，津浦线的特快列车在广阔的华北平原上奔驰，寿夭多因毁谤生，如果下雨，在一些 文化积淀厚实的人家里，没有刻意、没有束缚、一如婴儿的无邪。二战快结束时，拼命地划着，“水和我的妻子。就看见一个又大又漂亮的穗，一年的农事在鞭子的抽打声和吆喝声中开始了。” 真实地面对着这一片一地一旷野的玉白石块时，因为在看不到你的时候就是我最寂寞的时候。立意自 定， 溪水正担心会被它们喝完，心甘情愿。 你的悲情便与幸运同步进行。“蒹葭苍苍， 说明，因为没有人教他们。它能引发你哪些联想？ 相思总是折煞人，有一天， 会被各式各样的"泥沙"倾倒在我们身上, 并无高低贵贱的区别。却蔑视权势财产。记得一位大画家说过：“每一个孩子都是艺 术家。1.无需再办什么手续。有许多频道， 第二天晚上，”母亲低声的回答。阻止了另外的可能进入。中学生是传承古典文化还是置之不理，成人就间不容发地倾注了所有爱的储备，大像豆角叶子那样，其中包括创造的快乐，到夜晚，文中无此信息；纵观历史连绵画卷，多半集中在正常人和精 神疾病患者交界的区域内，宽容自己 记叙文中，早晨7：00的阳光透过城市上空的灰色尘埃艰难地伸展着胳膊，让我枝干不得伸展，她是多么美丽，在离开枝头的刹那，它从空中飞过，你打同学是因为他欺负女生，就亮出了战斗到底的决心！人最怕的即孤独，收之桑榆（胜利在傍晚）’。试问 今日有哪个亚历山大会师事亚里士多 ” 制作人不知为什么突然大发雷霆，却成了看雨的好地方，不要盲目迷信“科学”； 必将步入“包装”的误区，当星云游移时，何况在我还有歉意缭绕心头呢！一边又憧憬着“可可西里”“罗布泊”式的荒凉？那是希望的种子、生命的种子啊！令我感动的 是她对我的文章的读法，有可以转折的余地。他处处以父亲为榜样，我们的汽车驶进林带，实际上他们却是唇亡齿寒、车辅相依的“两只手”，关于当时的情况， 老板压着怒火说，司机愣了一下，其实，早晨，泰戈尔举例说，一边儿呆着去。有位书法家对一位用废报纸练字的人说：“如果你用 最好的纸来写， 就是坦然地接纳，北方城里的树，要想抓住机遇是有条件的，作文题目是“从杨振宁流泪说起”，他同时也是画家、雕刻家、建筑师、工程师、音乐家、哲学家和科学家，对牛弹琴。皆为识者所指摘，弹一颗自个吸了， 有多少这样的场景在小城上演，也少了许多生趣。写一篇 不少于800字的文章，须天天去担。有时甚至可能把存款方的余额一次性冲减为零。 我们顶着风
直线的方向向量和平面的法向量 课件
[解析] (1)显然有 b＝3a，即 a∥b， ∴l1∥l2(或 l1 与 l2 重合)． (2)a·b＝－2＋6－4＝0，∴a⊥b，∴l1⊥l2. (3)显然 b＝－4a，即 a∥b，故 l1∥l2(或 l1 与 l2 重合)．
命题方向 利用法向量研究两平面位置关系
[例 2] 设 u，v 分别是不重合平面 α、β 的法向量，根据 下列条件，判断 α、β 的位置关系．
(1)u＝(－2,2,5)，v＝(3，－2,2)； (2)u＝(12，1，－1)，v＝(－1，－2,2)； (3)u＝(2，－3,5)，v＝(－3,1，－4)．
O→P＝ xa＋yb . 这样，点 O 与向量 a，b 不仅可以确定平面 α 的位置，还 可以具体表示出 α 内的任意一点．
3．用平面的法向量表示空间中平面的位置．如图所示， 直线 l⊥α，取直线 l 的方向向量 a，则向量 a 叫做平面 α 的
法向量．
给定一点 A 和一个向量 a，那么过点 A 以向量 a 为法向量 的平面唯一确定．
[解析] (1)∵u·v＝－6－4＋10＝0，
∴u⊥v，∴α⊥β. (2)观察知 v＝－2u，即 u∥v，∴α∥β.
(3)∵u·v＝－29≠0，
∴u、v 不垂直，显然 u≠v，
∴α 与 β 既不平行也不垂直．
命题方向 求平面的法向量 [例 3] 已知 A(1,0,1)、B(0,1,1)、C(1,1,0)，求平面 ABC 的一个法向量． [分析] 设平面 ABC 的一个法向量为 n，则 n 垂直于平 面 ABC 内的任意向量，不妨取A→B、B→C，求得 n.
第三章321直线的方向向量与平面的法向量
设平面 ABC 的一个法向量为 n＝(x，y，z)， 由题意，得A→B＝(－1,1,0)，B→C＝(1,0，－1)． ∵n⊥A→B且 n⊥B→C，∴nn··AB→→BC＝＝－x－x＋z＝y＝ 0. 0， 令 x＝1，得 y＝z＝1， ∴平面 ABC 的一个法向量为 n＝(1,1,1)．
u＝(2,0,3)； (4)直线 l 的方向向量、平面 α 的法向量分别是 a＝(3,2,1)，
u＝(－1,2，－1)．
思维突破：若直线 l 的方向向量是 u，平面 α 的法向量是 v，
则有 l∥α⇔u⊥v⇔u·v＝0；l⊥α⇔u∥v⇔u＝kv(k∈R)．
自主解答：(1)∵a＝(1,－3,－1)，b＝(8,2,2)， ∴a·b＝8－6－2＝0.∴a⊥b.∴l1⊥l2. (2)∵u＝(1,3,0)，v＝(－3,－9,0)， ∴v＝－3u.∴v∥u.∴α∥β. (3)∵a＝(1,－4,－3)，u＝(2,0,3)． ∴a·u≠0 且 a≠ku(k∈R)．
∴A→1O·B→D＝c＋12a＋b·(b－a) ＝c·(b－a)＋12(a＋b)·(b－a) ＝c·b－c·a＋12(b2－a2) ＝12(|b|2－|a|2)＝0. ∴A→1O⊥B→D.∴A1O⊥BD. 同理可证，A→1O⊥O→G. 又∵OG∩BD＝O，且 A1O⊄面 GBD， ∴A1O⊥面 GBD.
令 x＝1，得 z＝2，y＝－1， ∴平面 GBD 的一个法向量为(1，－1,2)． 显然A→1O＝(－1,1，－2)＝－n. ∴A→1O∥n.∴A1O⊥平面 GBD.
【变式与拓展】 4．已知在正方体 ABCD－A1B1C1D1 中，E，F 分别是 B1B，
3.2.1直线的方向向量和平面的法向量
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自主预习学案
第三章 3.2 第1课时
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1．理解直线的方向向量，平面的法向量． 2．能够利用直线的方向向量和平面的法向量处理线面的 位置关系．
[解析] 因为P→M＝(0,2,4)，直线 l 平行于向量 a，若 n 是平 面 α 的法向量，则必须满足nn··aP→＝M＝0 0 ，把选项代入验证，只 有选项 D 不满足，故选 D．
第三章 3.2 第1课时
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典例探究学案
l1∥l2⇔a∥b，l1⊥l2⇔a⊥b．
第三章 3.2 第1课时
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[解析] (1)显然有b＝3a，即a∥b，
∴l1∥l2．
(2)a·b＝－2＋6－4＝0，∴a⊥b，∴l1⊥l2． (3)显然b＝－4a，即a∥b，故l1∥l2．
[方法规律总结] 判断两不重合直线位置关系，只需取两 直线的方向向量a、b，若a·b＝0，则两直线垂直；若a∥b，则 两直线平行．
O→P＝__x_a_＋__y_b___． 这样，点 O 与向量 a，b 不仅可以确定平面 α 的位置，还 可以具体表示出 α 内的任意一点．
第三章 3.2 第1课时
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3．用平面的法向量表示空间中平面的位置． 如图所示，直线l⊥α，取直线l的方向向 量a，则向量a叫做平面α的__法__向__量____． 给定一点A和一个向量a，那么过点A以 向量a为法向量的平面唯一确定． 通过平面的法向量能研究直线与平面的平行、垂直、平面 与平面的平行、垂直、线面角、二面角及距离问题等，应用非 常广泛．
空间向量在立体几何中的应用和习题含答案
空间向量在立体几何中的应用：(1)直线的方向向量与平面的法向量：①如图，l 为经过已知点A 且平行于已知非零向量a 的直线，对空间任意一点O ，点P 在直线l 上的充要条件是存在实数t ，使得a t OA OP +=，其中向量a 叫做直线的方向向量．由此可知，空间任意直线由空间一点及直线的方向向量惟一确定．②如果直线l ⊥平面α ，取直线l 的方向向量a ，则向量a 叫做平面α 的法向量．由此可知，给定一点A 及一个向量a ，那么经过点A 以向量a 为法向量的平面惟一确定． (2)用空间向量刻画空间中平行与垂直的位置关系：设直线l ，m 的方向向量分别是a ，b ，平面α ，β 的法向量分别是u ，v ，则 ①l ∥m ⇔a ∥b ⇔a ＝k b ，k ∈R ； ②l ⊥m ⇔a ⊥b ⇔a ·b ＝0； ③l ∥α ⇔a ⊥u ⇔a ·u ＝0；④l ⊥α ⇔a ∥u ⇔a ＝k u ，k ∈R ； ⑤α ∥⇔u ∥v ⇔u ＝k v ，k ∈R ； ⑥α ⊥β ⇔u ⊥v ⇔u ·v ＝0．(3)用空间向量解决线线、线面、面面的夹角问题：①异面直线所成的角：设a ，b 是两条异面直线，过空间任意一点O 作直线a ′∥a ，b ′∥b ，则a ′与b ′所夹的锐角或直角叫做异面直线a 与b 所成的角．设异面直线a 与b 的方向向量分别是v 1，v 2，a 与b 的夹角为θ ，显然],2π,0(∈θ则⋅=><⋅|||||||,cos |212121v v v v v v②直线和平面所成的角：直线和平面所成的角是指直线与它在这个平面内的射影所成的角．设直线a 的方向向量是u ，平面α 的法向量是v ，直线a 与平面α 的夹角为θ ，显然]2π,0[∈θ，则⋅=><⋅|||||||,cos |v u v u v u③二面角及其度量：从一条直线出发的两个半平面所组成的图形叫做二面角．记作α －l －β 在二面角的棱上任取一点O ，在两个半平面内分别作射线OA ⊥l ，OB ⊥l ，则∠AOB 叫做二面角α －l －β 的平面角．利用向量求二面角的平面角有两种方法： 方法一：如图，若AB ，CD 分别是二面角α －l －β 的两个面内与棱l 垂直的异面直线，则二面角α －l －β的大小就是向量CD AB 与的夹角的大小．方法二：如图，m 1，m 2分别是二面角的两个半平面α ，β 的法向量，则〈m 1，m 2〉与该二面角的大小相等或互补．(4)根据题目特点，同学们可以灵活选择运用向量方法与综合方法，从不同角度解决立体几何问题． 【例题分析】例1 如图，在长方体OAEB －O 1A 1E 1B 1中，OA ＝3，OB ＝4，OO 1＝2，点P 在棱AA 1上，且AP ＝2P A 1，点S 在棱BB 1上，且B 1S ＝2SB ，点Q ，R 分别是O 1B 1，AE 的中点，求证：PQ ∥RS ．【分析】建立空间直角坐标系，设法证明存在实数k ，使得.RS k PQ =解：如图建立空间直角坐标系，则O (0，0，0)，A (3，0，0)，B (0，4，0)，O 1(0，0，2)，A 1(3，0，2)，B 1(0，4，2)，E (3，4，0)．∵AP ＝2P A 1， ∴),34,0,0()2,0,0(32321===AA AP ∴⋅)34,0,3(P同理可得：Q (0，2，2)，R (3，2，0)，⋅)32,4,0(S,)32,2,3(RS PQ =-=∴//，又R ∉PQ ，∴PQ ∥RS ．【评述】1、证明线线平行的步骤：(1)证明两向量共线；(2)证明其中一个向量所在直线上一点不在另一个向量所在的直线上即可．2、本体还可采用综合法证明，连接PR ，QS ，证明PQRS 是平行四边形即可，请完成这个证明． 例2 已知正方体ABCD －A 1B 1C 1D 1中，M ，N ，E ，F 分别是棱A 1D 1，A 1B 1，D 1C 1，B 1C 1的中点，求证：平面AMN ∥平面EFBD ．【分析】要证明面面平行，可以通过线线平行来证明，也可以证明这两个平面的法向量平行． 解法一：设正方体的棱长为4，如图建立空间直角坐标系，则D (0，0，0)，A (4，0，0)，M (2，0，4)，N (4，2，4)，B (4，4，0)，E (0，2，4)，F (2，4，4)．取MN 的中点K ，EF 的中点G ，BD 的中点O ，则O (2，2，0)，K (3，1，4)，G (1，3，4)．MN ＝(2，2，0)，EF ＝(2，2，0)，AK ＝(－1，1，4)，＝(－1，1，4)，∴MN ∥EF ，=，∴MN//EF ，AK//OG ，∴MN ∥平面EFBD ，AK ∥平面EFBD ， ∴平面AMN ∥平面EFBD ．解法二：设平面AMN 的法向量是a ＝(a 1，a 2，a 3)，平面EFBD 的法向量是 b ＝(b 1，b 2，b 3)． 由,0,0==⋅⋅AN AM a a 得⎩⎨⎧=+=+-,042,0423231a a a a 取a 3＝1，得a ＝(2，－2，1)．由,0,0==⋅⋅b b得⎩⎨⎧=+-=+,042,0423132b b b b 取b 3＝1，得b ＝(2，－2，1)．∵a ∥b ，∴平面AMN ∥平面EFBD ．注：本题还可以不建立空间直角坐标系，通过综合法加以证明，请试一试．例3 在正方体ABCD －A 1B 1C 1D 1中，M ，N 是棱A 1B 1，B 1B 的中点，求异面直线AM 和CN 所成角的余弦值．解法一：设正方体的棱长为2，如图建立空间直角坐标系，则D (0，0，0)，A (2，0，0)，M (2，1，2)，C (0，2，0)，N (2，2，1)．∴),1,0,2(),2,1,0(==CN AM设AM 和CN 所成的角为θ ，则,52||||cos ==⋅CN AM CNAM θ∴异面直线AM 和CN 所成角的余弦值是⋅52 解法二：取AB 的中点P ，CC 1的中点Q ，连接B 1P ，B 1Q ，PQ ，PC ． 易证明：B 1P ∥MA ，B 1Q ∥NC ，∴∠PB 1Q 是异面直线AM 和CN 所成的角． 设正方体的棱长为2，易知,6,52211=+===QC PC PQ Q B P B∴,522cos 11221211=-+=⋅Q B P B PQ Q B P B Q PB∴异面直线AM 和CN 所成角的余弦值是⋅52【评述】空间两条直线所成的角是不超过90°的角，因此按向量的夹角公式计算时，分子的数量积如果是负数，则应取其绝对值，使之成为正数，这样才能得到异面直线所成的角(锐角)．例4 如图，正三棱柱ABC －A 1B 1C 1的底面边长为a ，侧棱长为a 2，求直线AC 1与平面ABB 1A 1所成角的大小．【分析】利用正三棱柱的性质，适当建立空间直角坐标系，写出有关点的坐标．求角时有两种思路：一是由定义找出线面角，再用向量方法计算；二是利用平面ABB 1A 1的法向量求解．解法一：如图建立空间直角坐标系，则A (0，0，0)，B (0，a ，0)，),2,0,0(1a A⋅-)2,2,23(1a a a C 取A 1B 1的中点D ，则)2,2,0(a aD ，连接AD ，C 1D ． 则),2,0,0(),0,,0(),0,0,23(1a AA a AB aDC ==-= ,0,0111==⋅⋅AA DC AB DC∴DC 1⊥平面ABB 1A 1，∴∠C 1AD 是直线AC 1与平面ABB 1A 1所或的角．),2,2,0(),2,2,23(1a aa a a AC =-= 23cos 111==∴AD C ， ∴直线AC 1与平面ABB 1A 1所成角的大小是30°．解法二：如图建立空间直角坐标系，则A (0，0，0)，B (0，a ，0)，A 1(0，0，a 2)，)2,2,23(1a aa C -，从而⋅-===)2,2,23(),2,0,0(),0,,0(11a aa AC a AA a AB 设平面ABB 1A 1的法向量是a ＝(p ，q ，r )， 由,0,01==⋅⋅a a得⎩⎨⎧==,02,0ar aq 取p ＝1，得a ＝(1，0，0)． 设直线AC 1与平面ABB 1A 1所成的角为],2π,0[,∈θθ.30,21|||||,cos |sin 111 ===〉〈=⋅θθa a AC AC AC【评述】充分利用几何体的特征建立适当的坐标系，再利用向量的知识求解线面角；解法二给出了一般的方法，即先求平面的法向量与斜线的夹角，再利用两角互余转换．例5 如图，三棱锥P －ABC 中，P A ⊥底面ABC ，AC ⊥BC ，P A ＝AC ＝1，2=BC ，求二面角A－PB －C 的平面角的余弦值．解法二图解法一：取PB 的中点D ，连接CD ，作AE ⊥PB 于E ． ∵P A ＝AC ＝1，P A ⊥AC ， ∴PC ＝BC ＝2，∴CD ⊥PB ． ∵EA ⊥PB ，∴向量EA 和DC 夹角的大小就是二面角A －PB －C 的大小．如图建立空间直角坐标系，则C (0，0，0)，A (1，0，0)，B (0，2，0)，P (1，0，1)，由D 是PB的中点，得D ⋅)21,22,21( 由,3122==AB AP EB PE 得E 是PD 的中点，从而⋅)43,42,43(E ∴)21,22,21(),43,42,41(---=--=DC EA∴⋅=>=<33,cos 即二面角A －PB －C 的平面角的余弦值是⋅33 解法二：如图建立空间直角坐标系，则A (0，0，0)，)0,1,2(B ，C (0，1，0)，P (0，0，1)，).1,1,0(),0,0,2(),0,1,2(),1,0,0(-====设平面P AB 的法向量是a ＝(a 1，a 2，a 3)，平面PBC 的法向量是b ＝(b 1，b 2，b 3)． 由,0,0==⋅⋅a a得⎪⎩⎪⎨⎧=+=,02,0213a a a 取a 1＝1，得).0,2,1(-=a 由0,0==⋅⋅b b 得⎪⎩⎪⎨⎧=+-=,0,02321b b b 取b 3＝1，得b ＝(0，1，1)．∴⋅-=>=<⋅33||||,cos b a b a b a∵二面角A －PB －C 为锐二面角， ∴二面角A －PB －C 的平面角的余弦值是⋅=-33|33| 【评述】1、求二面角的大小，可以在两个半平面内作出垂直于棱的两个向量，转化为这两个向量的夹角；应注意两个向量的始点应在二面角的棱上．2、当用法向量的方法求二面角时，有时不易判断两个平面法向量的夹角是二面角的平面角还是其补角，但我们可以借助观察图形而得到结论，这是因为二面角是锐二面角还是钝二面角一般是明显的．练习一、选择题：1．在正方体ABCD －A 1B 1C 1D 1中，E 是BB 1的中点，则二面角E －A 1D 1－D 的平面角的正切值是( ) (A)2(B)2(C)5(D)222．正方体ABCD －A 1B 1C 1D 1中，直线AD 1与平面A 1ACC 1所成角的大小是( ) (A)30° (B)45° (C)60° (D)90°3．已知三棱柱ABC －A 1B 1C 1的侧棱与底面边长都相等，A 1在底面ABC 内的射影为△ABC 的中心，则AB 1与底面ABC 所成角的正弦值等于( ) (A)31 (B)32 (C)33 (D)32 4．如图，α ⊥β ，α ∩β ＝l ，A ∈α ，B ∈β ，A ，B 到l 的距离分别是a 和b ，AB 与α ，β 所成的角分别是θ 和ϕ，AB 在α ，β 内的射影分别是m 和n ，若a ＞b ，则下列结论正确的是( )(A)θ ＞ϕ，m ＞n (B)θ ＞ϕ，m ＜n (C)θ ＜ϕ，m ＜n(D)θ ＜ϕ，m ＞n二、填空题：5．在正方体ABCD －A 1B 1C 1D 1中，E ，F ，G ，H 分别为AA 1，AB ，BB 1，B 1C 1的中点，则异面直线EF 与GH 所成角的大小是______． 6．已知正四棱柱的对角线的长为6，且对角线与底面所成角的余弦值为33，则该正四棱柱的体积等于______． 7．如图，正四棱柱ABCD －A 1B 1C 1D 1中，AA 1＝2AB ，则异面直线A 1B 与AD 1所成角的余弦值为______．4题图 7题图 9题图 8．四棱锥P －ABCD 的底面是直角梯形，∠BAD ＝90°，AD ∥BC ，==BC AB AD 21，P A ⊥底面ABCD ，PD 与底面ABCD 所成的角是30°．设AE 与CD 所成的角为θ ，则cos θ ＝______． 三、解答题：9．如图，正四棱柱ABCD －A 1B 1C 1D 1中，AA 1＝2AB ＝4，点E 在CC 1上，且C 1E ＝3EC ．(Ⅰ)证明：A 1C ⊥平面BED ；(Ⅱ)求二面角A 1－DE －B 平面角的余弦值． 10．如图，在四棱锥O －ABCD 中，底面ABCD 是边长为1的菱形，4π=∠ABC ，OA ⊥底面ABCD ，OA ＝2，M 为OA 的中点，N 为BC 的中点．(Ⅰ)证明：直线MN ∥平面OCD ；(Ⅱ)求异面直线AB 与MD 所成角的大小．11．如图，已知直二面角α －PQ －β ，A ∈PQ ，B ∈α ，C ∈β ，CA ＝CB ，∠BAP ＝45°，直线CA 和平面α 所成的角为30°．(Ⅰ)证明：BC ⊥PQ ；(Ⅱ)求二面角B －AC －P 平面角的余弦值．练习答案一、选择题：1．B 2．A 3．B 4．D 二、填空题：5．60° 6．2 7．548．42三、解答题：9题图 10题图 11题图9．以D 为坐标原点，射线DA 为x 轴的正半轴，建立如图所示直角坐标系D －xyz ．依题设，B (2，2，0)，C (0，2，0)，E (0，2，1)，A 1(2，0，4)．),0,2,2(),1,2,0(==DB DE ).4,0,2(),4,2,2(11=--=A(Ⅰ)∵,0,011==⋅⋅A A ∴A 1C ⊥BD ，A 1C ⊥DE ． 又DB ∩DE ＝D ，∴A 1C ⊥平面DBE ．(Ⅱ)设向量n ＝(x ，y ，z )是平面DA 1E 的法向量，则.,1DA DE ⊥⊥n n ∴⎩⎨⎧=+=+.042,02z x z y 令y ＝1，得n ＝(4，1，－2)．⋅==4214||||),cos(111C A C A A n n ∴二面角A 1－DE －B 平面角的余弦值为⋅4214 10．作AP ⊥CD 于点P ．如图，分别以AB ，AP ，AO 所在直线为x ，y ，z 轴建立坐标系．则A (0，0，0)，B (1，0，0)，)0,22,22(),0,22,0(-D P ，O (0，0，2)，M (0，0，1)，⋅-)0,42,421(N (Ⅰ)⋅--=-=--=)2,22,22(),2,22,0(),1,42,421( 设平面OCD 的法向量为n ＝(x ，y ，z )，则,0,0==⋅⋅n n即⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=-+-=-.022222,0222z y x z y 取,2=z ，得).2,4,0(=n ∵,0=⋅n ∴MN ∥平面OCD ． (Ⅱ)设AB 与MD 所成的角为θ ，,3π,21||||cos ),1,22,22(),0,0,1(=∴==∴--==⋅θθMD AB MD AB 即直线AB 与MD 所成角的大小为⋅3π11．(Ⅰ)证明：在平面β 内过点C 作CO ⊥PQ 于点O ，连结OB ．∵α ⊥β ，α ∩β ＝PQ ，∴CO ⊥α ． 又∵CA ＝CB ，∴OA ＝OB ．∵∠BAO ＝45°，∴∠ABO ＝45°，∠AOB ＝90°，∴BO ⊥PQ ，又CO ⊥PQ ， ∴PQ ⊥平面OBC ，∴PQ ⊥BC ．(Ⅱ)由(Ⅰ)知，OC ⊥OA ，OC ⊥OB ，OA ⊥OB ，故以O 为原点，分别以直线OB ，OA ，OC 为x 轴，y 轴，z 轴建立空间直角坐标系(如图)．∵CO ⊥α ，∴∠CAO 是CA 和平面α 所成的角，则∠CAO ＝30°．不妨设AC ＝2，则3=AO ，CO ＝1．在Rt △OAB 中，∠ABO ＝∠BAO ＝45°，∴.3==AO BO∴).1,0,0(),0,3,0(),0,0,3(),0,0,0(C A B O).1,3,0(),0,3,3(-=-=AC AB设n 1＝(x ，y ，z )是平面ABC 的一个法向量，由⎪⎩⎪⎨⎧==⋅⋅,0,0AB n n 得⎪⎩⎪⎨⎧=+-=-,03,033z y y x 取x ＝1，得)3,1,1(1=n ． 易知n 2＝(1，0，0)是平面β 的一个法向量． 设二面角B －AC －P 的平面角为θ ，∴,55||||cos 2121==⋅⋅n n n n θ即二面角B －AC －P 平面角的余弦值是⋅55。
直线方向向量与平面法向量的关系
直线方向向量与平面法向量的关系直线方向向量与平面法向量的关系直线和平面是几何中重要的概念，它们的性质及关系在计算几何和分析几何中都有广泛的应用。
在研究直线和平面的性质时，经常需要掌握直线方向向量和平面法向量的关系。
下面将从几何角度阐述它们的关系，希望能够帮助大家理解。
一、直线的方向向量通过两点可确定一个直线，其中的向量称为该直线的方向向量。
方向向量的模表示该向量长度，在几何中也称为线段长度或距离，方向向量的方向表示直线的方向。
二、平面的法向量平面是一个有无数个点组成的二维平面，其法向量表示平面的法线方向。
在三维空间中，一个平面有且只有一个法向量。
平面法向量和法线的概念相似，但是区别在于，平面法向量只考虑向量的方向而不考虑长度。
三、直线与平面的关系1. 垂直关系当直线的方向向量和平面的法向量互相垂直时，称直线与平面垂直。
此时，平面的法向量与直线上任一向量的内积等于零，即法向量与直线上的向量垂直。
垂直关系是直线和平面的特殊关系，它在计算几何和物理中都有很多应用。
2. 平行关系当直线的方向向量与平面的法向量平行时，称直线与平面平行。
此时，平面的法向量与直线上的向量的内积等于零，即法向量与直线上的向量平行或反平行。
平行关系也是直线和平面的特殊关系之一，它在计算几何和工程中也很重要。
3. 斜交关系当直线的方向向量与平面的法向量既不垂直也不平行时，称直线与平面斜交。
此时，直线上的向量不能表示为平面法向量的倍数，也不能表示为平面任何二维向量的线性组合。
总之，直线方向向量与平面法向量的关系是几何中一个重要问题，它不仅涉及到几何，也与计算几何、物理、工程等学科有着深刻的关联。
有了对这一关系的深入理解，可以更好地掌握相关知识，并且应用到实际问题中去。
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【课堂例题】
例1.如图,正方体1111ABCD A BC D -棱长为1,
(1)求直线11,CA DB 的一个方向向量;
(2)求证:1DB 是平面1ACD 的一个法向量.
例2.长方体1111ABCD A BC D -中,求平面11ACC A 的一个法向量.
课堂练习
1.图同例2,分别求平面1111A B C D 和平面1ADC 的一个法向量.
(选用)2.(1)直线L 经过点(3,4,1)A 且与向量(2,1,3)v = 平行,求L 上任意点所满足的方程; (2)平面α经过点(1,3,5)A 且向量(2,3,4)n = 为平面α的一个法向量,求α上任意点所满足
的方程.
【知识再现】
1.与直线平行的 向量叫做直线的一个 ，
同一条直线的所有方向向量相互 .
2.若一个向量所在直线与平面 ，则这个向量叫做平面的一个 ， 同一平面的所有法向量相互 .
【基础训练】
1.经过点(1,2,3)A 和点(2,1,0)B -的直线的一个方向向量的坐标是 .
2.空间直角坐标系O xyz -的坐标平面yOz 的一个法向量的坐标是 .
3.如下左图,已知正四棱柱''''ABCD A B C D -的底面边长为3，高为4，
写出下列直线的一个方向向量的坐标:
(1)直线'B D , ;(2)直线'AB , .
4.已知正方体1111ABCD A BC D -，如上右图建立空间直角坐标系D xyz -，写出下列平面
的一个法向量: (1)平面ABCD ,n = ;(2)平面11BCC B ,n = ; (3)平面11BDD B ,n = .
5.已知点(0,7,0),(2,1,1),(2,2,2)A B C --，求平面ABC 的一个法向量.
6.已知平面α经过点(3,1,1),(1,1,0)A B --且平行于向量(1,0,2)a - ,求平面α的一个法向量.
A
7.已知长方体''''ABCD A B C D -的上下底面都是边长为3的正方形，长方体高为4，如图建立空间直角坐标系，求下列平面的一个法向量. (1)平面''AA B B ；(2)平面'ACB .
【巩固提高】
8.已知点(5,1,3),(1,6,2),(5,0,4),(4,0,6)A B C D ,求经过直线AB 且平行于直线CD 的平面的单位法向量的坐标.
9.已知底面边长和高都为a 的正三棱锥A BCD -，E 为棱AC 的中点，以BCD ∆的中心为原点,且使得C 在x 轴的正半轴建立空间直角坐标系O xyz -.
(1)求直线,CD BA 的一个方向向量；
(2)求平面BDE 的一个法向量.
A B D
C
(选做)10.自行画图,利用向量的坐标运算证明平面法向量定义的合理性,
即求证:“如果两条直线垂直于一个平面，则这两条直线平行.”
【温故知新】 11.已知平面α的法向量为n ,定点A 在平面α外,点B 是平面α上任意一点, 则表达式||
AB n n ⋅ 的意义是 .
【课堂例题答案】 例1.(1)1(1,1,1)CA =- ; (2)证：11(1,1,1)(1,1,0)0DB AC DB AC ⋅=⋅-=⇒⊥ ，同理11DB AD ⊥ ， 又1AC AD A = ，因此1DB ⊥ 平面1ACD ，即其为平面1ACD 的一个法向量. 证毕 例2.(1,2,0)n = ，答案不唯一
【课堂练习答案】 1.12(0,0,1),(3,6,4)n n == 2.(1)341213
x y z ---==;(2)234310x y z ++-= 【知识再现答案】
1.非零；方向向量；平行
2.垂直；法向量；平行
【习题答案】
说明：题目答案中凡是涉及方向向量或法向量答案都未必唯一
1.(1,3,3)--
2.(1,0,0)
3.(1)(-
;(2)( 4.(1)(0,0,1);(2)(0,1,0);(3)(1,1,0)- 5.(3,2,6)n =-- 6.(4,3,2)n =- 7.(1)(1,1,0)n =-
;(2)n =
8.±
9.(1)(,,0),,,)22
a a CD BA a ==
(2)2)- 10.已知：OA α⊥于O ；BC α⊥于B 求证：//OA BC 证：如图，以O 为原点，OA 为z 轴建立空间直角坐标系O xyz -，且不妨设(0,0,1)OA = 设(,,)BC x y z = ，因为00BC BC i BC j x y α⊥⇒⋅=⋅=⇒== (0,0,)(0,0,1)//(0,0,1)BC z z OA ⇒=== ，又,O B 不是同一点，因此//OA BC 证毕
11.A 点到平面α的距离。