方向向量与法向量名师制作优质教学资料
高中数学 3.2.1直线的方向向量与平面的法向量教案 新人教版选修1-1

§3.2.1直线的方向向量与平面的法向量【学情分析】:教学对象是高二的学生,学生已经具备空间向量与立方体几何的相关知识,所以本节课是通过这些知识理解空间的几个元素点、直线、平面的位置的向量表示,并且用向量及其运算表示线线、线面、面面间的平行与垂直的位置关系,可以比较顺利地进行教学.【教学目标】:(1)知识与技能:理解直线的方向向量和平面的法向量;会用向量及其运算表示线线、线面、面面间的位置关系.(2)过程与方法:在解决问题中,通过数形结合的思想方法,加深对相关知识的理解。
(3)情感态度与价值观:开始体会把立方体几何几何转化为向量问题优势.【教学重点】:平面的法向量.【教学难点】:用向量及其运算表示线线、线面、面面间的平行与垂直关系.【教学过程设计】:,能确定一条如图,点A定理来理解。
、2,平行的方向向量分别为(1)求证:AP 是平面的法向量;1,2,1)(4,2,0)-⋅AP AB ⊥AD A =2)||(2)AB =,2||4AD =AD ⋅=,cos(,)AB AD =1BAD ∠=-ABCD=点、直线、平面的位置的向量表示练习与测试:(基础题)1,与两点和所成向量同方向的单位向量是。
解:向量,它的模则所求单位向量为。
2,从点沿向量的方向取长为6的线段,求点坐标。
解:设点坐标为,由题设有;由可得。
则,于是所求坐标为。
3,设直线l,m的方向向量分别为)1,0,3(),3,2,1(-==,判断l,m的位置关系。
解:因为(1,2,3)(-3,0,1)=0,所以两直线垂直。
4,设平面βα,的法向量分别为)12,6,2(),6,3,1(-=--=vu,判断平面βα,的位置关系。
解:易知所给二法向量平行,故平面βα,平行。
(中等题)5,已知空间四点坐标分别为A(1,0,0)、B(1,1,0)、E(1,1/2,1)、F(0,1/2,0),求平面AEF的单位法向量。
解:设平面AEF的法向量为则有为平面AEF的单位法向量。
21-22版:2.2.1 第2课时 直线的方向向量、法向量(步步高)

第2课时 直线的方向向量、法向量 学习目标 1.理解直线的方向向量、法向量的概念.2.会求直线的方向向量和法向量.3.理解直线的方向向量、法向量与直线的斜率之间的关系并会简单应用. 导语同学们,上节课我们求了直线的倾斜角和斜率,我们知道如果直线有斜率,只需知直线上的任意两点,就可以求直线的斜率,也知道两点确定一条直线,我们今天就来研究一下两点的直线的方向问题.一、直线的方向向量问题1 什么是直线的方向向量?如何求?提示 与已知直线平行或重合的向量就是直线的方向向量,如果A (x 1,y 1),B (x 2,y 2)是直线l 上两个不同的点,则AB →=(x 2-x 1,y 2-y 1)是直线l 的一个方向向量. 知识梳理定义:一般地,如果表示非零向量a 的有向线段所在的直线与直线l 平行或重合,则称向量a 为直线l 的一个方向向量,记作a ∥l .(1)a =(1,0)表示所有倾斜角为0°(即与y 轴垂直)的直线的一个方向向量.b =(0,1)表示所有倾斜角为90°(即与x 轴垂直)的直线的一个方向向量.(2)如果a 为直线l 的一个方向向量,那么对于任意的实数λ≠0,向量λa 都是l 的一个方向向量,而且直线l 的任意两个方向向量一定共线.(3)如果A (x 1,y 1),B (x 2,y 2)是直线l 上两个不同的点,则AB →=(x 2-x 1,y 2-y 1)是直线l 的一个方向向量.注意点:(1)任意的直线都有方向向量;(2)任意直线的方向向量不唯一;(3)直线的方向向量是非零向量.例1 (1)过A (4,y ),B (2,-3)两点的直线的一个方向向量为n =(-1,-1),则y 等于( )A .-32 B.32C .-1D .1 答案 C解析 由直线上的两点A (4,y ),B (2,-3),得AB →=(-2,-3-y ),又直线AB 的一个方向向量为n =(-1,-1),∴n ∥AB →,∴(-2)×(-1)-(-3-y )×(-1)=0,解得y =-1.(2)平面内点A (-1,-5),B (2,1),C (4,5),证明:A ,B ,C 三点共线.解 方法一 k AB =1-(-5)2-(-1)=63=2, k AC =5-(-5)4-(-1)=105=2. ∵k AB =k AC ,∴A ,B ,C 三点共线.方法二 AB →=(2,1)-(-1,-5)=(3,6),AC →=(4,5)-(-1,-5)=(5,10)=53AB →. ∴AB →∥AC →,又AB →与AC →有公共点A ,∴A ,B ,C 三点共线.反思感悟 直线的方向向量的求法(1)在直线上任找两点P ,Q ,则PQ →(QP →)为直线l 的一个方向向量.(2)已知直线的斜率为k ,则a =(1,k )为直线的一个方向向量.(3)a =(t ,0)(t ≠0)表示与x 轴平行或重合的直线的方向向量,a =(0,t )(t ≠0)表示与y 轴平行或重合的直线的方向向量.跟踪训练1 (1)直线l 过点(-1,-2),(-1,2)且直线l 的方向向量为a =(m ,n ),则mn =________.答案 0解析 依题意,直线l 垂直于x 轴,∴m =0,n 为任意非零实数,∴mn =0.(2)已知直线l 经过点P (1,2)和点Q (-2,-2),则直线l 的单位方向向量为( )A .(-3,-4)B.⎝⎛⎭⎫-35,-45C.⎝⎛⎭⎫±35,±45 D .±⎝⎛⎭⎫35,45 答案 D解析 由题意得,直线l 的一个方向向量为PQ →=(-2-1,-2-2)=(-3,-4),则|PQ →|=(-3)2+(-4)2=5,因此直线l 的单位方向向量为±PQ →|PQ →|=±15(-3,-4)=±⎝⎛⎭⎫35,45. 二、直线的方向向量与倾斜角、斜率的关系问题2 直线的方向向量与直线的倾斜角、斜率有什么样的关系?提示 我们知道如果A (x 1,y 1),B (x 2,y 2)是直线l 上两个不同的点,则AB →=(x 2-x 1,y 2-y 1)是直线l 的一个方向向量,它可以表示任意直线的方向向量,若x 2≠x 1,即θ≠90°时,则AB →=(x 2-x 1,y 2-y 1)=(x 2-x 1)·⎝ ⎛⎭⎪⎫1,y 2-y 1x 2-x 1=(x 2-x 1)(1,k )=(x 2-x 1)(1,tan θ)=(x 2-x 1)⎝⎛⎭⎫1,sin θcos θ=1cos θ(x 2-x 1)(cos θ,sin θ). 知识梳理1.如果直线l 的倾斜角为θ,则a =(cos θ,sin θ)为直线l 的一个方向向量.如果直线l 的斜率为k ,则a =(1,k )为直线l 的一个方向向量.2.如果a =(u ,v )为直线l 的一个方向向量,则当u =0时,直线的斜率不存在,倾斜角为90°;当u ≠0时,直线的斜率存在,且k =tan θ=v u. 注意点:(1)任意斜率不存在时的直线的方向向量为a =(0,1);(2)斜率存在时的直线的方向向量a =(1,k );(3)任意直线的方向向量可表示为a =(cos θ,sin θ).例2 (1)直线l 的方向向量为⎝⎛⎭⎫cos α,32sin 2α⎝⎛⎭⎫α≠π2+k π,k ∈Z ,则直线l 的倾斜角的取值范围是________________.答案 ⎣⎡⎭⎫0,π3∪⎝⎛⎭⎫2π3,π 解析 ∵α≠π2+k π,k ∈Z , ∴cos α≠0,sin α≠±1. 令直线l 的倾斜角为θ,∴tan θ=32sin 2αcos α=3sin α. ∵sin α∈(-1,1),∴tan α∈(-3,3),又θ∈[0,π), 故θ∈⎣⎡⎭⎫0,π3∪⎝⎛⎭⎫2π3,π. (2)直线l 过点P (1,-3),Q (4,3-3),求直线l 的一个方向向量、斜率和倾斜角.解 方法一 PQ →=(4,3-3)-(1,-3)=(3,3).∴PQ →=(3,3)为直线l 的一个方向向量,∴k =33,∴tan θ=33,θ=30°. 故该直线的斜率为33,倾斜角为30°. 方法二 k PQ =(3-3)-(-3)4-1=33,∴tan θ=33,∴θ=30°. 直线l 的一个方向向量a =(1,k )=⎝⎛⎭⎫1,33. 反思感悟 直线的方向向量与倾斜率、斜率之间的关系如果直线l 的倾斜角为θ,则a =(cos θ,sin θ)为直线l 的一个方向向量.如果直线l 的斜率为k ,则a =(1,k )为直线l 的一个方向向量.跟踪训练2 (1)直线l 的倾斜角为150°,则该直线的斜率为________,一个方向向量为________.答案 -33 ⎝⎛⎭⎫1,-33 解析 ∵θ=150°,∴k =tan 150°=-33. ∴a =⎝⎛⎭⎫1,-33为直线的一个方向向量. (2)经过A (0,2),B (1,0)两点的直线的方向向量为(1,k ),则k 的值是( )A .1B .-1C .2D .-2答案 D解析 由已知得k =2-00-1=-2. 三、直线的法向量问题3 什么是直线的法向量?如何求?提示 直线的法向量与直线垂直.则直线的法向量与直线的方向向量也垂直,若直线的方向向量是a =(x 0,y 0),由向量垂直的数量积为0可知,直线的法向量为v =(y 0,-x 0). 知识梳理定义:一般地,如果表示非零向量v 的有向线段所在直线与直线l 垂直,则称向量v 为直线l 的一个法向量,记作v ⊥l .(1)一条直线的方向向量与法向量互相垂直.(2)当x 0,y 0不全为0时,若a =(x 0,y 0)为直线l 的方向向量,则v =(y 0,-x 0)为直线l 的法向量;若v =(x 0,y 0)为直线l 的法向量,则a =(y 0,-x 0)为直线l 的方向向量.注意点:(1)任意直线都有法向量.(2)直线的法向量不唯一.(3)直线的法向量是非零向量.例3 (1)直线l 过点A (-1,3)和B (3,2),则直线l 的法向量为( )A .(-1,4)B .(2,5)C .(5,-2)D .(-1,-4)答案 D解析 AB →=(3,2)-(-1,3)=(4,-1)为直线l 的一个方向向量,∴直线l 的法向量v =(-1,-4).(2)直线l 的法向量为v =(3,-3),则直线l 的斜率为________,倾斜角为________. 答案 3330° 解析 v =(3,-3)为直线l 的法向量,则a =(-3,-3)为直线l 的方向向量.∴k =-3-3=33, ∴tan θ=33,θ=30°. ∴直线l 的斜率为33,倾斜角为30° 反思感悟 直线的法向量的求法若直线的方向向量为a =(x 0,y 0),则直线的法向量v =(y 0,-x 0),即要求直线的法向量,只需先求直线的方向向量即可.跟踪训练3 (1)直线PQ 的斜率为-3,则直线PQ 的法向量所在直线的倾斜角为( )A .30°B .60°C .120°D .150°答案 A解析 k PQ =-3,∴PQ 的倾斜角为120°,又直线PQ 的法向量与直线PQ 垂直,故PQ 的法向量所在直线的倾斜角为30°.(2)直线l 上两点A (-2,3),B (4,m ),若直线l 的法向量为v =(2,-3),则m =________. 答案 7解析 AB →=(4,m )-(-2,3)=(6,m -3),∴AB →为直线l 的一个方向向量.∴AB →⊥v ,∴6×2+(-3)·(m -3)=0,∴m =7.1.知识清单:(1)直线的方向向量.(2)直线的法向量.(3)直线的方向向量和法向量的应用.2.方法归纳:数形结合.3.常见误区:斜率不存在、斜率为0的直线的方向向量,法向量易混淆.1.直线过点(-3,0),(-2,3),则该直线的一个方向向量为( )A .(-1,3)B .(1,-3)C .(1,3)D .(5,3) 答案 C解析 直线的方向向量为a =(-2,3)-(-3,0)=(1,3).2.直线AB 的方向向量a =(3,-3),则该直线的倾斜角为( )A .45°B .60°C .120°D .150°答案 D解析 a =(3,-3)=3⎝⎛⎭⎫1,-33, ∴k =-33,∴tan θ=-33, 又0°≤θ<180°,∴θ=150°.3.直线l 1与l 2的法向量分别为v 1=(2,-3),v 2=(3,-1),则直线l 1与l 2的斜率k 1,k 2的大小关系为( )A .k 1>k 2B .k 1=k 2C .k 1<k 2D .不确定答案 C解析 v 1=(2,-3),则l 1的方向向量a 1=(-3,-2),∴斜率k 1=-2-3=23. v 2=(3,-1),则l 2的方向向量a 2=(-1,-3),∴斜率k 2=-3-1=3, ∴k 2>k 1.4.已知向量m =(a ,a 2+1)(a ≠0),直线AB 的一个方向向量为n ,则m 与n 共线,则直线AB 的斜率的取值范围是________________.答案 (-∞,-2]∪[2,+∞)解析 ∵m ∥n ,∴m =(a ,a 2+1)为直线AB 的一个方向向量,∴k AB =a 2+1a =a +1a. ①当a >0时,a +1a ≥2,当且仅当a =1时取等号,所以a +1a∈[2,+∞). ②当a <0时,a +1a =-⎣⎡⎦⎤(-a )+1(-a )≤-2,当且仅当(-a )=1(-a ),即a =-1时取等号, 所以a +1a∈(-∞,-2]. 综上有k ∈(-∞,-2]∪[2,+∞).。
直线的方向向量与法向量课件-2024-2025学年高二数学课件(湘教版2019选择性必修第一册)

由此得到直线l的方程: A(x-x0)+B(y-y0) = 0.
当P,Q不重合时,PQ =(x-x0,y-y0),代表了直线l的全体方向向量, 所以向量(A,B)垂直于直线的全体方向向量.
3x+4y-12=0. ②
②-①得 3(x-x0)+4(y-y0) = 0. ③
将③式的左边写出数量积的形式,得 (3,4)∙(x-x0,y-y0) = 0. ④
当PQ不重合时,PQ =(x-x0,y-y0),代表了直线的全体方向向量,
由④可知,PQ与向量(3,4)垂直,因此这条直线与向量(3,4)垂直.
这说明过定点P及任意点Q的线段垂直于n = ON , 动点Q组成的图形就是过定点P且与ON垂直的直线l .
反之,作与直线l垂直的非零有向线段ON我们取向量n = ON =(A,B). 已知直线l上一个定点P(x0, y0),则平面上任一点Q(x,y)在直线上的充分必 要条件为ON⊥PQ.
用向量运算叙述出来就是:
直线的一般式方程 Ax+By+C=0的一次项系数组成的向量(A,B)是直 线的法向量.
反过来,已知直线的法向量(A,B),就知道了一般式方程 Ax+By+ C=0的一次项系数.将直线上任一已知点(x0, y0)的坐标代入该方程,就可 由Ax0+B y0+C=0得到待定常数C=-Ax0-B y0,进而得到直线方程 Ax+By-Ax0-B y0=0.
适用范围 不表示垂直x轴的直线 即斜率不存在的直线 不表示垂直x轴的直线 即斜率不存在的直线
所有直线
不表示垂直于坐标轴 和经过原点的直线
一般式
Ax十By+C=0(A,B不同时为0)
北师大版选择性341直线的方向向量与平面的法向量课件(21张)

2
3
1
1
3
λ= 时, =- + ,即当 F 是 PC 的中点时, , , 共面.
2
2
2
又BF⊄平面AEC,所以当F是棱PC的中点时,BF∥平面AEC.
BF
(6)得结论:得到平面的一个法向量.
探究三
直线的方向向量与平面的法向量的应用
【例3】 如图3-4-2,△ABC和△BCD所在平面互相垂直,且
AB=BC=BD=2,∠ABC=∠DBC=120°,E,F分别为AC,DC的中点.
求证:EF⊥BC.
图3-4-2
证明:由题意知,以B为坐标原点,在平面DBC内过点B作垂直于BC的直线为
∥平面 AEC,所以存在实数 λ1,λ2,使得 =λ1 +λ2 ,
所以
故当
1
3
3
= ,
-1 = 1 ,
(-1) = 1 ,
2
2
2
4
1
1
1
2
1
+
=
+
,
1
2 解得 1 = - ,
即
(1
+
)
=
+
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
,
3
1
2
2
2
2
3
1
3
1
1-
=
,
2
2 = ,
(1-) = 2 ,
1
(
2
− ),求点 P 的坐标;
(2)若P是线段AB上的一点,且AP∶PB=1∶2,求点P的坐标.
解:(1) =(-1,1,5), =(-3,-1,5).
直线的方向向量和平面的法向量 课件

∴向量(3,6,9)能作为平面α的法向量.
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2.若直线l的方向向量为a=(1,0,2),平面α的法向量为u
=(-2,0,-4),则( )
A.l∥α
B.l⊥α
C.l⊂α
D.l与α斜交
[答案] B
[解析] ∵u=-2a,∴u∥a,∴l⊥α.
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).
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[解析] 设平面 ABC 的一个法向量为 n=(x,y,z), 由题意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).
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直线 a 与 b 的方向向量分别为 e=(2,1,-3)和 n=(-1,1,
-13),则 a 与 b 的位置关系是( )
A.平行
B.垂直
C.相交
D.重合
[答案] B
[解析] ∵e·n=2×(-1)+1×1+(-3)×(-13)=-2+1+
证明:一个平面内的两条相交直线与另一个平面 平行,则这两个平面平行.
[解题思路探究] 第一步,审题. 一审条件,挖掘解题信息:给出一个平面内的两条相交直 线都与另一个平面平行,可利用线面平行时方向向量与法向量 的关系. 二审结论,确定解题目标:证明两个平面平行,可转化为 证明其法向量平行.
高中数学第3章3.2.1直线的方向向量与平面的法向量精品课件苏教选修21.ppt

3.2.1
课前自主学案 课堂互动讲练 知能优化训练
课前自主学案
温故夯基
1.已知两个非零向量a,b,则a⊥b⇔a·b=0. 若a与b同向,则a·b=|a|·|b|; 若反向,则a·b=-|a|·|b|. 2.直线Ax+By+C=0(A,B不同时为零)的 斜率为_-__AB_,与该直线垂直的直线的斜率为 B _A__.
问题探究
直线的方向向量与平面的法向量各有几条? 它们各自之间的关系是怎样的? 提示:各有无数条,直线的方向向量都是平 行向量,平面的法向量都是平行向量.
课堂互动讲练
考点突破
考点一 直线的方向向量
在直线上取有向线段表示的向量,或在与 它平行的直线上取有向线段表示的向量,均 为直线的方向向量.
例1 设a、b分别是直线l1、l2的方向向量, 根据下列条件判断直线l1、l2的位置关系: (1)a=(-1,2,-1),b=(3,-6,3);
3.在立体几何解题时,直线的方向向量一 般不再叙述而直接应用,可以参与向量运算 或向量的坐标运算.在给出的几何体比较特 殊(能构建空间直角坐标系)时,坐标运算更 为简便.
4.确定平面的法向量通常有两种方法:(1) 几何体中已经给出有向线段,只需证明线面 垂直.(2)几何体中没有具体的直线,此时可 以采用待定系数法求解平面的法向量.
∴平面 A1BC1的一个法向量为D→B1=
(1,1,1).
方法感悟
1.空间直线的方向向量和平面中直线的方 向向量意义相同,就是直线上有向线段表示 的向量或与其共线的向量,可以刻画直线的 延伸趋势.一旦给出直线经过某点,就可以 确定出直线位置.
中学高中数学教案直线的方向向量和法向量

A 1x D 1B 1A DBC C 1yz 四队中学教案纸备课 时间教学 课题教时 计划1教学 课时1教学 目标1.理解直线的方向向量和平面的法向量; 2.会用待定系数法求平面的法向量。
重点难点 重点:直线的方向向量和平面的法向量 难点:求平面的法向量教学过程一、创设情景1、平面坐标系中直线的倾斜角及斜率,直线的方向向量,直线平行与垂直的判定;2、如何用向量描述空间的两条直线、直线和平面、平面和平面的位置关系? 二、建构数学1、直线的方向向量我们把直线l 上的向量e 以及与e 共线的向量叫做直线l 的方向向量 2、平面的法向量如果表示向量n 的有向线段所在直线垂直于平面α,则称这个向量垂直于平面α,记作α⊥n ,如果α⊥n ,那么向量n 叫做平面α的法向量。
三、数学运用1、例1 在正方体1111D C B A ABCD -中,求证: 1DB 是平面1ACD 的法向量证:设正方体棱长为1,以1,,DD DC DA 为单位正交基底, 建立如图所示空间坐标系xyz D -)1,1,1(1=DB ,)0,1,1(-=AC ,)1,0,1(1-=AD 01=⋅AC DB ,所以AC DB ⊥1同理11AD DB ⊥ 所以⊥1DB 平面ACD从而1DB 是平面1ACD 的法向量。
2、例2 在空间直角坐标系内,设平面α经过点),,(000z y x P ,平面α的法向量为),,(C B A e =,(2,AB =-(4,2,0)AD =(1AP =-(1)求证:AP 是平面(2)求平行四边形ABCD 的面积.(1)证明:∵(1AP AB ⋅=-(1,2,1)(4,2,0)AP AD ⋅=--⋅∴AP AB ⊥,AP AD ⊥,又AD A =∴AP 是平面ABCD 的法向量.(2)222||(2)(1)21AB =+-+=,2||4AD =∴(2,6AB AD ⋅==, ∴cos(,)21AB AD =sin 1105BAD ∠=-||||sin ABCDSAB AD =⋅∠四、回顾总结、直线得方向向量与平面法向量得概念;、求平面法向量得方法。
原创1:2.2.1 第2课时 直线的方向向量与法向量

跟踪练习
4.已知 y 3x 9 的斜率为 3 ,一个方向向量为 a = (1, 3) (答案不唯一),
π
倾斜角为 3 ,一个法向量为 v = ( 3, -1) .(答案不唯一)
新知探索
直线的方向向量
1.给定平面直角坐标系内的一条直线l,在直线l上任取A、B两个 不同的点,向量 AB 是直线l的一个方向向量.
一般地,如果表示非零向量 a 的有向线段所在的直线与直线l平行或重
合,则称向量 a 为直线l的一个方向向量,记作 a∥ l .
(1)如果 a 为直线l的一个方向向量,那么对于任意的实数λ≠0,向量 a 都是l的一个方向向量,而且直线l的任意两个方向向量一定共线.
k = 1
当k=1时, 45 直线的法向量为
v ( sin 45, cos 45 ) ( 2 , 2 ). 22
当k=-1时, 135
直线的法向量为
v ( sin135 , cos135 ) ( 2 , 2 ). 22
跟踪练习 3.求证:A(1,5),B(0,2),C(2,8)三点共线.
解:法二:先在直线上取两点 A(1,4),B(2,7),
AB (1,3)
因此, a (1,3) 是直线l的一个方向向量, v (3,1) 是直线l的一个法向量.
新知探索
归纳总结
1.求解一条直线的方向向量、法向量、斜率、倾斜角问题, 首先明确其定义. 2.利用相应的计算公式以及理解它们之间的内在联系,尤其是 可以根据方向向量进而得出法向量,也可以根据方向向量求 斜率.