空间的角和距离

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1.4.2 用空间向量研究距离、夹角问题(课件)

1.4.2 用空间向量研究距离、夹角问题(课件)

二面角的大小为
.
π4或34π 解析: cos〈m,n〉=|mm|·|nn|= 22,∴〈m,n〉=π4. ∴两平面所成二面角的大小为π4或34π.
经典例题
角度1:点线距
题型一 利用空间向量求距离
用向量法求点到直线的距离时需注意以下几点: (1)不必找点在直线上的垂足以及垂线段. (2)在直线上可以任意选点,但一般选较易求得坐标的特殊点. (3)直线的方向向量可以任取,但必须保证计算正确.
则 在法向量 n 上的投影向量的长度即为异面直线 a,b 的距离,所以距离为
.
自主学习
二.空间角的向量求法 空间角包括线线角、线面角、二面角,这三种角的定义确定了它
们相应的取值范围,结合它们的取值范围可以用向量法进行求解.
自主学习
角的分类
向量求法
范围
两异面直线 l1 与 l2 所成的角为 θ
设 l1 与 l2 的方向向量分别为 u,v,
经典例题
题型一 利用空间向量求距离
例 2 在三棱锥 S-ABC 中,△ABC 是边长为 4 的正三角形,平面 SAC⊥平面 ABC,
SA=SC=2 3,M,N 分别为 AB,SB 的中点,如图所示.求点 B 到平面 CMN 的 距离.
取 AC 的中点 O,连接 OS,OB. ∵SA=SC,AB=BC,∴AC⊥SO,AC⊥BO. ∵平面 SAC⊥平面 ABC,平面 SAC∩平面 ABC=AC, ∴SO⊥平面 ABC. 又 BO⊂平面 ABC,∴SO⊥BO. 又∵△ABC 为正三角形,O 为 AC 的中点,∴AO⊥BO. 如图所示,分别以 OA,OB,OS 所在直线为 x 轴,y 轴,z 轴, 建立空v>|
则 cosθ=
|u·v| = |u||v|

空间角及其计算

空间角及其计算

建筑学中的应用
建筑设计
空间角在建筑设计中具有重要应用,如确定建筑物的朝向、布局和采光等。通 过合理利用空间角,可以优化建筑物的空间布局和采光效果,提高居住和使用 质量。
室内设计
在室内设计中,空间角的应用同样重要。通过合理调整室内家具和装饰品的摆 放角度,可以营造出更加舒适和美观的室内环境。
物理学中的应用
物理学
在物理学的力学、电磁学和光学等 领域,空间角也具有重要应用,如 描述带电粒子的运动轨迹、光的折 射和反射等。
02
空间角的计算方法
几何法
定义
几何法是利用空间几何知识,通 过作垂线、平行线、中线等手段, 将空间角转化为平面角或线线角,
然后进行计算的方法。
步骤
1. 作出相关垂线、平行线或中线; 2. 将空间角转化为平面角或线线 角;3. 利用平面几何知识计算角
空间角在其他领域的应用拓展
航天工程
利用空间角计算,优化航天器的轨道设计和姿态控制,提高航天 任务的可靠性和成功率。
机器人技术
通过空间角的计算,实现机器人的精准定位和自主导航,拓展机器 人在工业、医疗等领域的应用。
虚拟现实与游戏设计
利用空间角技术,提升虚拟环境的真实感和沉浸感,为游戏玩家和 设计师提供更加丰富的体验。
空间角及其计算
• 空间角的基本概念 • 空间角的计算方法 • 空间角的应用实例 • 空间角与空间几何的关系 • 空间角的未来发展与展望
01
空间角的基本概念
定义与性质
定义
空间角是指两个非平行直线或平 面在三维空间中形成的角度。
性质
空间角具有方向性,其大小和方 向可以通过几何学和三角函数来 描述。
光学研究
在光学研究中,空间角是描述光线传播方向和角度的重要参数。通过测量和计算 空间角,可以研究光线的反射、折射和散射等现象,进一步探索光与物质之间的 相互作用。

1.4.2 用空间向量研究距离、夹角问题(1(共27张PPT)

1.4.2 用空间向量研究距离、夹角问题(1(共27张PPT)
4
3
D. 2
B.
答案:B
解析:建立坐标系如图,则 A(1,0,0),B(1,1,0),D1(0,0,1),O
∴=(0,1,0),1 =(-1,0,1).
设 n=(1,y,z)是平面 ABC1D1 的一个法向量,
· = = 0,

解得 y=0,z=1,∴n=(1,0,1).
1 · = -1 + = 0,
点到另一个平面的距离求解.注意:这个点要选取适当,以方便求解为主.
当堂检测
1.两平行平面α,β分别经过坐标原点O和点A(2,1,1),且两平面的一个法向量
n=(-1,0,1),则两平面间的距离是(
)
3
2
A.
B.
2
2
C. 3
D.3 2
答案:B
解析:∵两平行平面 α,β 分别经过坐标原点 O 和点 A(2,1,1),
(3)求平面EGF与平面ABD的距离.
思路分析: 根据两个平行平面间距离的定义,可将平面与平面间的距离转化为一个平面内一
点到另一个平面的距离,即点面距.
(1)证明:如图所示建立空间直角坐标系,
设AB=a,
则A1(a,0,0),B1(0,0,0),C1(0,2,0),F(0,1,0),E(0,0,1),A(a,0,4),B(0,0,4),
则向量在直线 l 上的投影向量=(a·μ)μ.点 P 到直线 l 的距离为
PQ= 2 -(·)2 .
2.两条平行直线之间的距离
求两条平行直线l,m之间的距离,可在其中一条直线l上任取一点P,
则两条平行直线间的距离就等于点P到直线m的距离.
点睛:点到直线的距离,即点到直线的垂线段的长度,由于直线与直线外一点确定一个平面,

向量法求空间的距离和角

向量法求空间的距离和角

所以异面直线BD与D1A间的距离为
3 。 3
(2) A1 B1 = (0,1, 0), 设n = ( x, y, z )是平面A1DB的一 个法向量,因为DA1 = (1, 0,1), DB = (1,1, 0), ì ì x +z = 0 nDA1 = 0 镲 由眄 即 取x = - 1, 镲 î x+y =0 î nDB = 0 | nA1 B1 | 1 2 于是n = (-1,1,1, ),且 = = 。 2 |n| 2 2 所以点B1到平面A1 BD的距离为 。 2
例1:如图1所示: 三棱柱ABC - A1 B1C1中,CA=CB, AB = AA1, ? BAA1 60o, ( 1)求证:AB^ A1C (2)若平面ABC ^ 平面AA1 B1 B, AB =CB,求直线A1C与平面BB1C1C 所成角的正弦值。
C C1
B A A1
B1
图1
C
C1
O
B A1
Z
解:由(1)知OC ^ AB,OA1 ^ AB, 又平面ABC ^ 平面AA1 B1 B,交线 为AB,所以OC ^ 平面AA1 B1 B, 故OA、OA1、OC两两相互垂直。 建立如图所示的空间直角坐标系 A
O
C
C1
B A1
B1 图1-2
X o - xyz 设AB = 2,由题设知A(1, 0, 0)、B(- 1, 0, 0)、C (0, 0, 3)、A1 (0, 3, 0), 则BC = (1, 0, 3)、 BB1 = AA1 = (- 1, 3, 0)、 A1C = (0, - 3, 3). 设n = ( x, y, z )是平面BBCC的法向量,则 ì x + 3z = 0 ì nBC = 0 镲 即 可取n = ( 3,1, -1), 眄 镲 î nBB1 = 0 î - x + 3y = 0 nA1C 10 故 cos < n, A1C >= =. 5 | n | ×| A1C |

用空间向量研究距离、夹角问题(第1课时+用空间向量研究距离问题)课件

用空间向量研究距离、夹角问题(第1课时+用空间向量研究距离问题)课件
= -,
·1 = 2 + 2 = 0,
所以
所以 = -.
· = 2 + 2 = 0.
取x=1,则y=-1,z=-1.
所以,n=(1,-1,-1)是平面A1BD的一个法向量.
所以点 D1 到平面 A1BD 的距离
|1 1 ·|
d= ||
=
2
3
=
2 3
.
3
(2)根据题意,知A1D1
, ,
2 6 3
,
3
=4,a·u= 3 .
所以点 C 到直线 AB1 的距离为
2
2
-(·)
=
33
.
3
探究二
点到平面的距离
【例2】 设正方体ABCD-A1B1C1D1的棱长为2,求:
(1)点D1到平面A1BD的距离;
(2)平面A1BD与平面B1CD1间的距离.
分析:(1)由平面 A1BD 的法向量和向量1 1 可求出点 D1 到平面 A1BD 的
|1 |
= -
2
2
,0,
2
2
.
所以,点 M 到直线 AD1 的距离
d=
2 -(·)2
当 m=-
-
3

2
=
=
2
+
2 1
(-) - 2 (-)2
=
3 2
-
2

1 2
时,根式内的二次函数取得最小值3a .
3
故 d 的最小值为
3
a.
3
+
1 2
.
2
反思感悟 用向量方法求直线外一点N到直线的距离的步骤
人教A版 数学 选择性必修

空间角与空间距离

空间角与空间距离


n
O
a
A

n
a
B
(3)二面角
(0, ]
设m、分别是平面 n a、b的法向量,二面角a l b的大 m n mn 小为,则cos = 或cos = . | m|| n| | m|| n|
n
a
A
O
m

n
l
B
P
m
b
2.用空间向量求空间距离:
(1)点到直线的距离
P
b
d
N
M
a
l
d PM sin PMN | b | 1 cos 2 a, b
(2)点到平面的距离
P
d
a
n
H
Q
d PH PQ cos PQ, n
PQ n n
(3)异面直线间的距离
n
A1
D1
b
B1
C1
d
A
D
C
a
B
d AA1 AC1 cos AC1 , n
(1)异面直线所成的角 (0, ] 2
设a、分别是直线 b a、b的方向向量, 是直线a、b所成 ab 的角,则cos cos a, b . | a||b|

(2)直线与平面所成的角 [0, ] 2
设a是直线a的方向向量, n是平面a的法向量, 为直线 an a与平面a 所成的角,则sin cos a,n . | a|| n|
AC1 n |n|
《空间角、空间距离》
复相关的重要定理:
等角定理:如果一个角的两边和另一个角的两
边分别平行并且方向相同,那么这两个角相等. a Q c
a

考点08 空间角的求解问题(解析版)

考点08  空间角的求解问题(解析版)

考点08 空间角的求解问题立体几何是历年高考的必考题,其考查形式主要为空间几何体的有关计算(主要是体积计算),空间线面的位置关系以及空间角和距离的求解。

例如:2022年全国乙卷(理)[18],2022年全国甲卷(理)[18],2022年浙江高考[19],2022年新高考Ⅰ卷[19],2022年新高考Ⅱ卷[20],2022年天津高考[17],2022年北京高考[17]等都对空间几何体的体积进行了考查。

〔1〕平移法求异面直线所成的角求异面直线所成的角的方法为平移法,平移法一般有3种 (1)利用图形中已有的平行线平移;(2)利用特殊点(线段的端点或中点)作平行线平移; (3)补形平移.〔2〕线面角、二面角1.线面角的求法:找出斜线在平面上的射影,关键是作垂线,找垂足,把线面角转化到一个三角形中求解.2.二面角的求法:二面角的大小用它的平面角来度量. 平面角的作法常见的有①定义法;①垂面法。

〔3〕利用空间向量求空间中的角与距离 1.异面直线所成角若异面直线1l ,2l 所成的角为θ,则|||||cos |cos b a b a b a ==θ(注意:两异面直线所成的角为锐角或直角,而不共线的两向量的夹角的取值范围为(0,π),所以公式中要加绝对值),其中a ,b 分别是直线1l ,2l 的方向向量。

2.直线与平面所成角已知直线l 与平面α,A l =α ,a 为l 的方向向量,n 为平面α的法向量,θ为l 与α所成的角,则|||||cos |sin n a n a n a ==θ。

(注意:直线与平面所成角的范围为⎥⎦⎤⎢⎣⎡2,0π,而向量的夹角的取值范围为[]π,0,所以公式中要加绝对值)。

3.二面角设1n 为平面α的法向量,2n 为平面β的法向量,1n ,2n 的夹角为θ,l =βα ,则二面角βα--l 的大小为θ或θπ-。

设二面角βα--l 的大小为ϕ,则|||||cos ||cos |2121n n ==θϕ①①所示。

空间几何关系

空间几何关系

空间几何关系
在日常生活中,我们经常接触到各种空间物体,它们之间的关系是空间几何的重要问题。

空间几何关系是指空间中不同物体的位置、方向、距离、角度等相互联系的情况。

下面我们将探讨空间几何关系的几个方面。

一、位置关系
1. 相离:物体之间没有任何接触或重叠。

2. 相交:物体之间存在公共部分。

3. 相切:物体之间只有一个点相交。

4. 平行:物体之间没有交点,但它们在同一平面内且方向相同或互为平行。

6. 垂直平分:两个相交的物体之间存在垂直平分线,即两个物体之间的公共点与垂直平分线的距离相等。

二、方向关系
1. 方向相同:两个物体朝着同一个方向运动或排列。

5. 垂直关系:两个物体的方向相互垂直。

三、距离关系
1. 远离:两个物体之间的距离越来越远。

3. 逼近:一个物体向另一个物体移动,距离越来越近。

四、角度关系
1. 相互垂直:两个物体之间的交点处的角度为90度。

总而言之,空间几何关系是研究空间中物体之间相互位置、方向、距离、角度等相互联系的学科。

在现实中,空间几何关系在数学、物理、工程、建筑等多个领域都有广泛的应用,是几何学中不可或缺的一部分。

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B
α
练习
已知圆锥母线长为4, 已知圆锥母线长为 ,底面半径 为2,求母线和底面所成的角 ,
练习
已知正方体ABCD-A’B’C’D’,求: , 已知正方体 1)A’B与面 与面DCC’D’ 所成角 ) 与面
练习
已知正方体ABCD-A’B’C’D’,求: , 已知正方体 2)A’B与面 与面ADB’C’ 所成角 ) 与面
练习
在棱长是a的正方体 在棱长是 的正方体ABCD-A’B’C’D’中, 的正方体 中 分别是B’C’,C’D’的中点,求: 的中点, 若E,F分别是 , 分别是 的中点 1)D’到B’C的距离 ) 到 的距离 2)A到A’C的距离 2)A到A’C的距离 3)四边形 )四边形EFDB的面积 的面积
练习
在三棱锥C-ABD中,E、F分别是 中 分别是AC 在三棱锥 、 分别是 的中点, 和DB的中点,若CD=2AB=4, 的中点 , EF⊥AB,求EF和CD所成角的大小 ⊥ , 和 所成角的大小
C
E D G F A B
直线与平面所成的角(线面角) 直线与平面所成的角(线面角)
定义: 定义:平面的斜线和它在面内的射影所成 的锐角。 的锐角。 规定:线面垂直时,线面角是直角; 规定:线面垂直时,线面角是直角; 线面平行时,线面角是0° 线面平行时,线面角是0°角。 a 范围: 范围:[0°,90°] 解题思路: 解题思路: 寻找垂线, 寻找垂线,构造射影
空间的距离
两异面直线间的距离 一般先作出公垂线段,再进行计算; 一般先作出公垂线段,再进行计算; 点到直线的距离: 点到直线的距离: 作出垂线段,再求解; 作出垂线段,再求解; 点到平面的距离: 点到平面的距离: 垂面法: ① 垂面法:借助面面垂直的性质作垂线段 确定已知面的垂面是关键), ),再结合三 (确定已知面的垂面是关键),再结合三 角函数知识求解; 角函数知识求体积可知的三棱 锥的高,利用等体积法来求出高, 锥的高,利用等体积法来求出高,即为点 到面的距离。 到面的距离。
练习
已知正方体ABCD-A’B’C’D’,求: , 已知正方体 3)A’B与面 与面A’ADD’ 所成角 ) 与面
练习
已知正方体ABCD-A’B’C’D’,求: , 已知正方体 4)A’B与面 与面BB’C’C 所成角 ) 与面
练习
已知正方体ABCD-A’B’C’D’,求: , 已知正方体 5)A’B与面 与面A’C’CA 所成角 ) 与面
' '
练习
正方体ABCD-A’B’C’D’中,E,F,G分 中 正方体 分 别是AB, , 的中点, 别是 ,AD,DD’的中点,求: 的中点 1)AC和A’D所成角的大小 ) 和 所成角的大小 2)A’C’和EF所成角的大小 2)A’C’和EF所成角的大小 3)B’E和CG所成角的大小 ) 和 所成角的大小
练习
已知正方体ABCD-A’B’C’D’,E,F分 , 已知正方体 分 别是棱BC, 的中点, 别是棱 ,CC’的中点,求: 的中点 1)面ABC’D’与面 与面ABCD 所成二面角的 ) 与面 大小 2) 面ABC’D’与面 与面A’B’CD 所成二面角 与面 的大小 3) 面AEFD’与面 与面ABCD所成二面角 与面 所成二面角 的正弦值
在两个半平面内分别做垂直于棱的射线, 在两个半平面内分别做垂直于棱的射线, 得到二面角的平面角
三垂线法:由一个半面内一点作(或找) ② 三垂线法:由一个半面内一点作(或找)到另一 α 个半平面的垂线,过垂足做棱垂线, B 个半平面的垂线,过垂足做棱垂线,连接棱垂线 的垂足和点,构造二面角的平面角, 的垂足和点,构造二面角的平面角,再求解 θ 垂面法: ③垂面法:过棱上一点做垂直于棱的平面与两个半 A 平面相交, 平面相交,两条交线所成的角即为二面角的平面 β C 角
2010-12-7
两直线的夹角
等角定理: 等角定理:
如果两个角的对边对应平行, 如果两个角的对边对应平行,则这两个
角相等或互补
两异面直线所成的角
定义 直线a, 是异面直线 是异面直线, 直线 ,b是异面直线,过空间任意点 O,分别引直线 ,分别引直线a’//a,b’//b ,则a ’和b’ , 和 所成的锐角或直角叫异面直线a,b所成 所成的锐角或直角叫异面直线 , 所成 的角 a a b 范围 (0°,90°] α b 解题思路:平移 解题思路 平移
O
练习
已知正方体ABCD-A’B’C’D’,求: , 已知正方体 5)A’B与面 与面DCA’B’ 所成角 ) 与面
O
O
二面角
定义:已知二面角 内作BA⊥l, 定义 已知二面角α-l-β,分别在 已知二面角 ,分别在α,β内作 内作 CA⊥l,则∠BAC叫二面角 叫二面角α-l-β的平面角。 的平面角。 ⊥, 叫二面角 的平面角 范围 求法 [0°,180°] 定义法:在二面角的棱上取一点(特殊点), ①定义法:在二面角的棱上取一点(特殊点),
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