第五节 空间向量及其运算和空间位置关系
空间向量及其运算
空间向量及其运算引言空间向量是三维空间中的一种重要的数学概念，用于描述具有大小和方向的物理量。
本文将介绍空间向量的基本概念、表示方法和运算规则。
基本概念空间向量是由三个实数组成的有序三元组，分别表示向量在三个坐标轴上的分量。
通常用箭头在字母上方表示向量，如向量A表示为$\vec{A}$。
表示方法空间向量可以用坐标表示或者用一个点表示。
坐标表示法将向量的三个分量写成一个有序三元组$(x。
y。
z)$，表示向量在$x$轴上的分量为$x$，在$y$轴上的分量为$y$，在$z$轴上的分量为$z$。
点表示法将向量的起点放在坐标原点，然后将向量的终点绘制在空间中，用一条箭头连接起来。
运算规则空间向量的运算包括加法、减法和数量乘法。
加法：两个向量相加，就是将它们的对应分量相加得到一个新的向量。
例如，$\vec{A} = (x_1.y_1.z_1)$，$\vec{B} =(x_2.y_2.z_2)$，则$\vec{A} + \vec{B} = (x_1 + x_2.y_1 + y_2.z_1 + z_2)$。
减法：两个向量相减，就是将它们的对应分量相减得到一个新的向量。
例如，$\vec{A} = (x_1.y_1.z_1)$，$\vec{B} =(x_2.y_2.z_2)$，则$\vec{A} - \vec{B} = (x_1 - x_2.y_1 - y_2.z_1 - z_2)$。
数量乘法：一个向量与一个实数相乘，就是将向量的每个分量都乘以这个实数。
例如，$\vec{A} = (x。
y。
z)$，$k$为实数，则$k\vec{A} = (kx。
ky。
kz)$。
总结空间向量是三维空间中描述大小和方向的数学概念。
它可以用坐标表示法或者点表示法来表示。
空间向量的运算包括加法、减法和数量乘法。
以上是关于空间向量及其运算的简要介绍，希望能对您有所帮助。
空间几何与向量运算点线面的位置关系与运算
空间几何与向量运算点线面的位置关系与运算空间几何与向量运算是数学中的重要分支，研究点、线、面在空间中的位置关系以及进行相应的运算操作。
在实际应用中，空间几何与向量运算广泛应用于物理学、工程学等领域。
本文将详细讨论点、线、面在空间中的位置关系和对应的运算方式。
一、点在空间中的位置关系在空间几何中，点是空间的最基本元素，它没有长度、宽度和高度。
点与点之间的位置关系可以通过坐标系来描述。
常用的坐标系有直角坐标系、柱坐标系和球坐标系。
1. 直角坐标系直角坐标系是最常用的坐标系，用三个坐标轴x、y、z相互垂直组成，固定在空间中的三个直线上。
点在直角坐标系中的位置可以用三个坐标(x, y, z)来表示，其中x表示点在x轴上的投影位置，y表示点在y轴上的投影位置，z表示点在z轴上的投影位置。
2. 柱坐标系和球坐标系柱坐标系和球坐标系是常用的极坐标系。
在柱坐标系中，点的位置由径向距离、极角和高度来确定，记作(r, θ, z)，其中r表示点到极坐标原点的距离，θ表示点到正极轴的角度，z表示点在z轴上的投影位置。
在球坐标系中，点的位置由球半径、极角和方位角来确定，记作(r, θ, φ)，其中r表示点到球心的距离，θ表示点到正半轴的角度，φ表示点到正极面的角度。
二、线在空间中的位置关系与运算线是由无数个点连接而成的集合，线在空间中的位置关系有直线、平行线、相交线等。
对于线的运算操作，主要包括长度、夹角、平移、旋转等。
1. 长度线的长度是线段两个端点之间的距离，可以通过计算两个点的坐标来求得。
对于直线则无法直接求得长度。
2. 夹角两条线之间的夹角是指这两条线在空间中交汇处的夹角。
可以通过计算两条线的方向向量来求得夹角。
3. 平移平移是指将一条线段按照指定的平移向量进行移动，其位置和形状保持不变。
平移操作可以通过向直线的每个点添加平移向量得到。
4. 旋转旋转是指将一条线段按照指定的旋转角度和旋转轴进行旋转，其位置和形状保持不变。
空间向量的知识点总结
空间向量的知识点总结空间向量是指空间中的一条具有方向和大小的有向线段，在数学上通常表示为箭头上有一个加粗的字母来表示。
一、空间向量的概念空间向量是指具有方向和大小的有向线段，它是向量的一种特殊形式。
它与平面向量类似，但是空间向量不仅有大小和方向，而且还有位置。
空间向量可以用某个点P到另一个点Q的有向线段来表示，表示为PQ→。
空间向量的大小可以通过计算两点之间的距离来得到，而它的方向可以通过计算两个点之间的夹角来得到。
二、空间向量的基本运算1、空间向量的加法设空间向量a=(x1,y1,z1)和 b=(x2,y2,z2)，那么 a+b = (x1+x2, y1+y2, z1+z2)。
这表示a+b等于a与b的x、y、z分量分别相加得到的结果。
2、空间向量的数乘设空间向量a=(x,y,z)，k为实数，则ka=(kx,ky,kz)。
这表示空间向量a的每个分量都乘以k得到的结果。
3、空间向量的减法空间向量的减法定义为a-b=a+(-b)，即对b取反再进行加法操作。
4、空间向量的数量积设空间向量a=(x1,y1,z1)和 b=(x2,y2,z2)，则a·b = x1x2+y1y2+z1z2。
这表示a·b等于a与b的x、y、z分量分别相乘并求和的结果。
5、空间向量的向量积设空间向量a=(x1,y1,z1)和 b=(x2,y2,z2)，则a×b = (y1z2-z1y2, z1x2-x1z2, x1y2-y1x2)。
这表示a×b等于a与b按照右手定则进行叉乘得到的结果。
三、空间向量的坐标表示空间向量可以用坐标表示。
设点A(a1,a2,a3)和点B(b1,b2,b3)，则AB向量可以表示为AB=(b1-a1,b2-a2,b3-a3)。
四、空间向量的运算律1、给定三个空间向量a，b，c，则有以下运算律：（1）加法交换律：a+b = b+a（2）加法结合律：(a+b)+c = a+(b+c)（3）数乘结合律：k(la) = (kl)a（4）分配律：k(a+b) = ka+kb2、空间向量的数量积定理给定三个空间向量a，b，c以及实数k，则有以下数量积定理：（1）数量积交换律：a·b = b·a（2）数量积结合律：a·(b+c) = a·b+a·c（3）数量积与数乘结合律：k(a·b) = (ka)·b = a·(kb)（4）对于a≠0，b≠0，有a·b=|a|·|b|·cosθ，其中|a|表示a的大小，θ表示a与b的夹角。
新课标2023版高考数学一轮总复习第6章立体几何第5节空间向量及其运算课件
2
解析：|E→F|2＝
→ EF
2＝(E→C＋C→D＋D→F)2
＝E→C2
＋C→D2＋D→F2＋
→→ 2(EC·CD
＋E→C·D→F＋C→D·D→F
)＝12＋22＋12＋2(1×2×cos
120°＋0＋
2×1×cos 120°)＝2，所以|E→F|＝ 2，所以 EF 的长为 2．
02
关键能力·研析考点强“四翼”
B 解析：M→N＝O→N－O→M＝12(O→B＋O→C)－23O→A＝－23a＋12b＋12c．
2．在正方体 ABCD-A1B1C1D1 中，点 E 为上底面 A1C1 的中心．若 A→E＝A→A1＋xA→B＋yA→D，则 x，y 的值分别为( )
A．1,1
B．1，12
向量的数量积运算有两条途径，一是根据数量积的定义，利 用模与夹角直接计算；二是利用坐标运算．
考向 2 空间数量积的应用 如图，已知平行六面体 ABCD-A1B1C1D1 中，底面 ABCD
是边长为 1 的正方形，AA1＝2，∠A1AB＝∠A1AD＝120°． (1)求线段 AC1 的长； (2)求异面直线 AC1 与 A1D 所成角的余弦值； (3)求证：AA1⊥BD．
空间向量基本定理 空间向量 p，存在唯一的有序实数组(x，y，z)，
使得 p＝xa＋yb＋zc
设 O，A，B，C 是不共面的四点，则对平面 ABC
推论
内任一点 P，都存在唯一的三个有序实数 x，y， z，使O→P＝xO→A＋yO→B＋zO→C，且 x＋y＋z＝1
空间向量基本定理的 3 点注意 (1)空间任意三个不共面的向量都可构成空间的一个基底． (2)由于零与任意一个非零向量共线，与任意两个非零向量共面， 故零不能作为基向量． (3)基底选定后，空间的所有向量均可由基底唯一表示．
空间向量的概念和运算
空间向量的概念和运算空间向量是三维空间中的矢量概念，具有大小和方向。
在数学和物理学中，空间向量用于描述物体在三维空间中的位移、速度和加速度等物理量。
本文将介绍空间向量的概念以及其常见的运算方法。
一、空间向量的概念空间向量是由起点和终点确定的有向线段，在三维坐标系中用坐标表示。
设空间中有两点A(x1, y1, z1)和B(x2, y2, z2)，则向量AB可以表示为：AB = (x2 - x1, y2 - y1, z2 - z1)空间向量具有以下特点：1. 大小：空间向量的大小等于有向线段的长度，可以通过两点之间的距离公式求得。
2. 方向：空间向量的方向由起点指向终点，可以通过计算两点坐标差得到。
二、空间向量的运算空间向量的运算包括加法、减法和数量乘法，具体如下：1. 空间向量的加法设空间向量A(x1, y1, z1)和B(x2, y2, z2)，则两向量的和为：A +B = (x1 + x2, y1 + y2, z1 + z2)向量的加法满足交换律和结合律，即：A +B = B + A(A + B) + C = A + (B + C)2. 空间向量的减法设空间向量A(x1, y1, z1)和B(x2, y2, z2)，则两向量的差为：A -B = (x1 - x2, y1 - y2, z1 - z2)向量的减法可以看作是加法的逆运算，即：A -B = A + (-B)3. 数量乘法设空间向量A(x, y, z)和标量k，数量乘法即将向量的每个分量乘以标量，得到新的向量：kA = (kx, ky, kz)数量乘法满足结合律和分配律，即：k(A + B) = kA + kB(k1 + k2)A = k1A + k2Ak1(k2A) = (k1k2)A空间向量的运算可以通过向量的坐标进行计算，也可以通过向量的几何属性进行推导。
通过运算可以得到向量的长度、点积、叉积等操作。
三、空间向量的应用空间向量在物理力学、工程力学、电磁学等学科中有广泛的应用。
2020版高考数学一轮复习空间向量及其运算和空间位置关系含解析
课时跟踪检测（四十二） 空间向量及其运算和空间位置关系1．在下列命题中：①若向量a ，b 共线，则向量a ，b 所在的直线平行；②若向量a ，b 所在的直线为异面直线，则向量a ，b 一定不共面； ③若三个向量a ，b ，c 两两共面，则向量a ，b ，c 共面；④已知空间的三个向量a ，b ，c ，则对于空间的任意一个向量p 总存在实数x ，y ，z 使得p ＝x a ＋y b ＋z c其中正确命题的个数是( ) A ．0 B ．1 C ．2D ．3解析：选A a 与b 共线，a ，b 所在直线也可能重合，故①不正确；根据自由向量的意义知，空间任意两向量a ，b 都共面，故②错误；三个向量a ，b ，c 中任意两个一定共面，但它们三个却不一定共面，故③不正确；只有当a ，b ，c 不共面时，空间任意一向量p 才能表示为p ＝x a ＋y b ＋z c ，故④不正确，综上可知四个命题中正确的个数为0，故选A.交点．若AB ―→＝2．如图所示，在平行六面体ABCD A 1B 1C 1D 1中，M 为A 1C 1与B 1D 1的a ，AD ―→＝b ，AA 1―→＝c ，则下列向量中与BM ―→相等的向量是( )A ．－12a ＋12b ＋c B.12a ＋12b ＋cC ．－12a －12b ＋c D.12a －12b ＋c解析：选A BM ―→＝BB 1―→＋B 1M ―→＝AA 1―→＋12(AD ―→－AB ―→)＝c ＋12(b －a)＝－12a ＋12b ＋c.3．已知空间任意一点O 和不共线的三点A ，B ，C ，若OP ―→＝x OA ―→＋y OB ―→＋z OC ―→(x ，y ，z ∈R)，则“x ＝2，y ＝－3，z ＝2”是“P ，A ，B ，C 四点共面”的( )A ．必要不充分条件B ．充分不必要条件C ．充要条件D ．既不充分也不必要条件解析：选B 当x ＝2，y ＝－3，z ＝2时，OP ―→＝2OA ―→－3OB ―→＋2OC ―→.则AP ―→－AO ―→＝2OA ―→－3(AB ―→－AO ―→)＋2(AC ―→－AO ―→)，即AP ―→＝－3AB ―→＋2AC ―→，根据共面向量定理知，P ，A ，B ，C 四点共面；反之，当P ，A ，B ，C 四点共面时，根据共面向量定理，设AP ―→＝m AB ―→＋n AC ―→ (m ，n ∈R)，即OP ―→－OA ―→＝m (OB ―→－OA ―→)＋n (OC ―→－OA ―→)，即OP ―→＝(1－m －n )OA ―→＋m OB ―→＋n OC ―→，即x ＝1－m －n ，y ＝m ，z ＝n ，这组数显然不止2，－3,2.故“x ＝2，y ＝－3，z ＝2”是“P ，A ，B ，C 四点共面”的充分不必要条件．4．已知a ＝(2,1，－3)，b ＝(－1,2,3)，c ＝(7,6，λ)，若a ，b ，c 三向量共面，则λ＝( ) A ．9 B ．－9 C ．－3D ．3解析：选B 由题意设c ＝x a ＋y b ，则(7,6，λ)＝x (2,1，－3)＋y (－1,2,3)，∴⎩⎪⎨⎪⎧2x －y ＝7，x ＋2y ＝6，－3x ＋3y ＝λ，解得λ＝－9.5．(2019·东营质检)已知A (1,0,0)，B (0，－1,1)，OA ―→＋λOB ―→与OB ―→的夹角为120°，则λ的值为( )A ．±66 B ．66C ．－66D ．± 6解析：选C OA ―→＋λOB ―→＝(1，－λ，λ)，cos 120°＝λ＋λ1＋2λ2·2＝－12，得λ＝±66.经检验λ＝66不合题意，舍去，所以λ＝－666．在空间四边形ABCD 中，则AB ―→·CD ―→＋AC ―→·DB ―→＋AD ―→·BC ―→的值为( ) A ．－1 B ．0 C ．1D ．2解析：选B 法一：如图，令AB ―→＝a ，AC ―→＝b ，AD ―→＝c ， 则AB ―→·CD ―→＋AC ―→·DB ―→＋AD ―→·BC ―→＝AB ―→·(AD ―→－AC ―→)＋AC ―→·(AB ―→－AD ―→)＋AD ―→·(AC ―→－AB ―→)＝a ·(c －b)＋b ·(a －c)＋c ·(b －a) ＝a ·c －a ·b ＋b ·a －b ·c ＋c ·b －c ·a ＝0.法二：在三棱锥A BCD 中，不妨令其各棱长都相等，则正四面体的对棱互相垂直． 所以AB ―→·CD ―→＝0，AC ―→·DB ―→＝0，AD ―→·BC ―→＝0. 所以AB ―→·CD ―→＋AC ―→·DB ―→＋AD ―→·BC ―→＝0.7．△ABC 的顶点分别为A (1，－1,2)，B (5，－6,2)，C (1,3，－1)，则AC 边上的高BD 等于________． 解析：设AD ―→＝λAC ―→，D (x ，y ，z )， 则(x －1，y ＋1，z －2)＝λ(0，4，－3)， ∴x ＝1，y ＝4λ－1，z ＝2－3λ， ∴D (1,4λ－1,2－3λ)，∴BD ―→＝(－4,4λ＋5，－3λ)， ∴4(4λ＋5)－3(－3λ)＝0，解得λ＝－45，∴BD ―→＝⎝ ⎛⎭⎪⎫－4，95，125，∴|BD ―→|＝ －42＋⎝ ⎛⎭⎪⎫952＋⎝ ⎛⎭⎪⎫1252＝5. 答案：58．已知点P 是平行四边形ABCD 所在的平面外一点，如果AB ―→＝(2，－1，－4)，AD ―→＝(4,2,0)，AP ―→＝(－1,2，－1)．对于结论：①AP ⊥AB ；②AP ⊥AD ；③AP ―→是平面ABCD 的法向量；④AP ―→∥BD ―→.其中正确的是________．解析：∵AP ―→·AB ―→＝－2－2＋4＝0， ∴AP ⊥AB ，故①正确；AP ―→·AD ―→＝－4＋4＋0＝0，∴AP ⊥AD ，故②正确； 由①②知AP ⊥平面ABCD ， 故③正确，④不正确． 答案：①②③9．(2019·南昌调研)已知空间四边形OABC ，其对角线为OB ，AC ，M ，N 分别是OA ，BC 的中点，点G 在线段MN 上，且MG ―→＝2GN ―→，现用基底{OA ―→，OB ―→，OC ―→}表示向量OG ―→，有OG ―→＝x OA ―→＋y OB ―→＋z OC ―→，则x ，y ，z 的值分别为________．解析：∵OG ―→＝OM ―→＋MG ―→＝12OA ―→＋23MN ―→＝12OA ―→＋23(ON ―→－OM ―→) ＝12OA ―→＋23⎣⎢⎡⎦⎥⎤12OB ―→＋OC ―→－12OA ―→ ＝16OA ―→＋13OB ―→＋13OC ―→， ∴x ＝16，y ＝13，z ＝13.答案：16，13，1310．在长方体ABCD A 1B 1C 1D 1中，AB ＝3，AD ＝4，AA 1＝2.点M 在棱BB 1上，且BM ＝2MB 1，点S 在DD 1上，且SD 1＝2SD ，点N ，R 分别为A 1D 1，BC 的中点．求证：MN ∥平面RSD .M ⎝⎛⎭⎪⎫3，0，43，证明：法一：如图所示，建立空间直角坐标系，根据题意得N (0,2,2)，R (3，2,0)，S ⎝⎛⎭⎪⎫0，4，23.∴MN ―→＝⎝ ⎛⎭⎪⎫－3，2，23，RS ―→＝⎝ ⎛⎭⎪⎫－3，2，23，MN ―→＝RS ―→.∴MN ―→∥RS ―→.∵M ∉RS .∴MN ∥RS . 又RS ⊂平面RSD ，MN ⊄平面RSD ， ∴MN ∥平面RSD .法二：设AB ―→＝a ，AD ―→＝b ，AA 1―→＝c ， 则MN ―→＝MB 1―→＋B 1A 1―→＋A 1N ―→＝13c －a ＋12b ，RS ―→＝RC ―→＋CD ―→＋DS ―→＝12b －a ＋13c ，∴MN ―→＝RS ―→，∴MN ―→∥RS ―→， 又∵R ∉MN ，∴MN ∥RS .又RS ⊂平面RSD ，MN ⊄平面RSD ， ∴MN ∥平面RSD .11．三棱锥被平行于底面ABC 的平面所截得的几何体如图所示，截面为A 1B 1C 1，∠BAC ＝90°，A 1A ⊥平面ABC ，A 1A ＝3，AB ＝AC ＝2A 1C 1＝2，D 为BC 中点．求证：平面A 1AD ⊥平面BCC 1B 1.证明：如图，建立空间直角坐标系，则A (0,0,0)，B (2,0,0)，C (0,2,0)，A 1(0,0，3)，C 1(0,1，3)，∵D 为BC 的中点， ∴D 点坐标为(1,1,0)．∴AA 1―→＝(0,0，3)，AD ―→＝(1,1,0)， BC ―→＝(－2,2,0)，CC 1―→＝(0，－1，3)． 设平面A 1AD 的法向量n 1＝(x 1，y 1，z 1)， 平面BCC 1B 1的法向量为n 2＝(x 2，y 2，z 2)． 由⎩⎪⎨⎪⎧ n 1·AA 1―→＝0，n 1·AD ―→＝0，得⎩⎨⎧3z 1＝0，x 1＋y 1＝0.令y 1＝－1，则x 1＝1，z 1＝0，∴n 1＝(1，－1,0)． 由⎩⎪⎨⎪⎧n 2·BC ―→＝0，n 2·CC 1―→＝0，得⎩⎨⎧－2x 2＋2y 2＝0，－y 2＋3z 2＝0.令y 2＝1，则x 2＝1，z 2＝33， ∴n 2＝⎝ ⎛⎭⎪⎫1，1，33. ∵n 1·n 2＝1－1＋0＝0，∴n 1⊥n 2. ∴平面A 1AD ⊥平面BCC 1B 1.12．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2倍，点P 为侧棱SD 上的点． (1)求证：AC ⊥SD ；(2)若SD ⊥平面PAC ，则侧棱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．解：(1)证明：连接BD ，设AC 交BD 于点O ，则AC ⊥BD .连接SO ，由题意知SO ⊥平面ABCD .以O 为坐标原点，OB ―→，OC ―→，OS ―→所在直线分别为x 轴，y 轴，z 轴，建立空间直角坐标系，如图．设底面边长为a ，则高SO ＝62a ， 于是S ⎝ ⎛⎭⎪⎫0，0，62a ，D ⎝ ⎛⎭⎪⎫－22a ，0，0，B ⎝ ⎛⎭⎪⎫22a ，0，0，C ⎝ ⎛⎭⎪⎫0，22a ，0，OC ―→＝⎝ ⎛⎭⎪⎫0，22a ，0，SD ―→＝⎝ ⎛⎭⎪⎫－22a ，0，－62a ，则OC ―→·SD ―→＝0.故OC ⊥SD .从而AC ⊥SD . (2)棱SC 上存在一点E ，使BE ∥平面PAC .理由如下：由已知条件知DS ―→是平面PAC 的一个法向量，且DS ―→＝⎝ ⎛⎭⎪⎫22a ，0，62a ，CS ―→＝⎝ ⎛⎭⎪⎫0，－22a ，62a ，BC ―→＝⎝ ⎛⎭⎪⎫－22a ，22a ，0.设CE ―→＝t CS ―→，则BE ―→＝BC ―→＋CE ―→＝BC ―→＋t CS ―→＝⎝ ⎛⎭⎪⎫－22a ，22a1－t ，62at ，而BE ―→·DS ―→＝0⇒t ＝13.即当SE ∶EC ＝2∶1时，BE ―→⊥DS ―→. 而BE ⊄平面PAC ，故BE ∥平面PAC。
空间向量及其运算
空间向量及其运算空间向量是一门有趣而又重要的数学学科，它主要研究三维空间内的点、线、面及其运动的运算。
涉及的数学知识有向量的概念及矢量场概念，用空间向量来分析三维空间中的运动是一种更加完整、易于理解的方法。
空间向量是一个有方向性的实数组成的三元组，具有起始点和方向的信息。
可以用来描述平移和旋转的大小，常被用来表示物体在空间中的位置和运动。
在三维环境中，可以表示长度的向量可以称作“矢量”，它们可以使用一对坐标（x，y，z）表示。
表示速度向量则需要三个量，其中包括（横向速度，纵向速度，垂直速度）。
空间向量的运算主要涉及加减法和乘除法，其中加减法可以用来计算两个空间向量的和或差，乘除法则可以计算空间向量和数值的乘积和商。
空间向量的加法可以用组合的形式描述，即首先将两个向量的起点连接，然后将他们的终点连接，得到的向量的起点即为两个向量的和，而终点即为这两个向量的差。
空间向量加法也可以用简便的算术方式描述，即：两个向量的每一个分量之和即为新向量的各分量，即：A+B=(a1+b1,a2+b2,a3+b3)。
空间向量的减法可以通过组合的形式描述，即以第一个向量的终点为起点，以第二个向量的起点为终点，连接两个点，即得到两个空间向量的差。
此外，这种形式的减法也可以用简便的算术方式来描述，即：A-B=(a1-b1, a2-b2, a3-b3)。
空间向量的乘除法也可以采取组合的形式描述：两个空间向量中，乘数向量的起点与被乘数向量的终点相连，连接后的新向量就是乘数向量与被乘数向量的乘积，而之所以称之为乘法，是因为两个向量的长度的积，即新向量的长度，就是乘数以及被乘数的乘积。
此外，这种乘法还可以用简便的数学方式来描述，即：乘法A*B=(a1*b1, a2*b2, a3*b3)，除法A/B= (a1/b1, a2/b2, a3/b3)。
空间向量的加减乘除运算是空间向量分析和应用中的重要运算，它可以用来研究物体在空间中的运动、物体在空间中的位置关系等等。
第五节 空间向量及其运算
证明点共线的问题可转化为证明向量共线的问题,如证明A,B,C三点共
线,即证明 AB, AC共线,亦即证明 AB=λA C (λ≠0).
2.证明点共面的方法
证明点共面的问题可转化为证明向量共面的问题,如果证明P,A,B,C四
点共面,只要能证明 PA=x PB +yP C
或对空间任一点O,有O A
2 OA,点N为BC的中点,则 MN 等于
3
.(用向量a,b,c表示)
考点突破 栏目索引
答案 - 2 a+ 1 b+ 1 c
322
解析
MN
= ON
- OM
= 1 ( OB
+ OC
)- 2 OA=- 2 a+ 1 b+ 1 c.
2
3
322
考点突破 栏目索引
共线、共面向量定理的应用
方法技巧 用基向量表示指定向量的步骤 (1)结合已知向量和所求向量观察图形. (2)将已知向量和所求向量转化到三角形或平行四边形中. (3)利用三角形法则或平行四边形法则把所求向量用已知基向量表示 出来.
考点突破
1-1 已知a=(2,3,-4),b=(-4,-3,-2),b= 1 x-2a,则x=( B )
◆探究 在本例的条件下,若 MN =xa+yb+zc,求x,y,z的值.
栏目索引
解析 ∵ MN = MA+ AN
=- 12 AA1
+ AB
+ BN
=- 12 AA1
+ AB
+ 1 AD
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[方法技巧] 2．证明空间四点P，M，A，B共面的方法 (1) MP ＝x MA＋y MB； (2)对空间任一点O，OP ＝OM ＋x MA＋y MB； (3)对空间任一点O，OP ＝xOM ＋yOA＋zOB (x
4．[考点三]已知P(－2,0,2)，Q(－1,1,2)，R(－3,0,4)，设a＝ PQ ，b＝ PR ，c＝ QR ，若实数k使得ka＋b与c垂直，则k 的值为________． 解析：由题意知，a＝ PQ ＝(1,1,0)，b＝ PR ＝(－1,0,2)，c ＝ QR ＝(－2，－1,2)，故ka＋b＝(k－1，k,2)．又ka＋b与c 垂直，所以(ka＋b)·c＝－2(k－1)－k＋4＝0，所以k＝2. 答案：2
第五节 空间向量及 其运算和空 间位置关系
本节主要包括2个知识点： 1.空间向量及其运算； 2.利用空间向量证明平行与垂直问题.
基础联通
突破点(一) 空间向量及其运算
抓主干知识的“源”与“流”
1．空间向量及其有关概念
(1)空间向量的有关概念 ①空间向量：在空间中，具有_大__小__和_方__向__的量叫做空
间向量．
②相等向量：方向_相__同__且模_相__等_的向量．
③共线向量：表示空间向量的有向线段所在的直线互相
_平__行__或__重__合_的向量．
④共面向量：_平__行__于__同__一__个__平__面_的向量．
(2)空间向量中的有关定理 ①共线向量定理：对空间任意两个向量a，b(b≠0)， a∥b⇔存在唯一一个λ∈R，使a＝_λ_b_. ②共面向量定理：若两个向量a、b不共线，则向量p 与向量a，b共面⇔存在唯一的有序实数对(x，y)，使p＝ _x_a_＋__y_b__. ③空间向量基本定理：如果三个向量a、b、c不共 面，那么对空间任一向量p，存在有序实数组{x，y，z}使 得p＝__x_a_＋__y_b_＋__z_c_.
[解] (1)证明：设 AB＝p， AC ＝q， AD＝r. 由题意可知，|p|＝|q|＝|r|＝a，且 p、q、r 三向量两两夹角均 为 60°. MN ＝ AN － AM ＝12( AC ＋ AD)－12 AB＝12(q＋r－p)， ∴ MN ·AB＝12(q＋r－p)·p ＝12(q·p＋r·p－p2) ＝12(a2cos 60°＋a2cos 60°－a2)＝0. ∴ MN ⊥ AB.即 MN⊥AB.同理可证 MN⊥CD.
(2)求 MN 的长； [解] 由(1)可知 MN ＝12(q＋r－p)，
∴| MN |2＝14(q＋r－p)2
＝14[q2＋r2＋p2＋2(q·r－p·q－r·p)] ＝14a2＋a2＋a2＋2a22－a22－a22 ＝14×2a2＝a22.
∴|
MN
|＝
22a.∴MN
的长为
2 2 a.
(3)求异面直线 AN 与 CM 所成角的余弦值．
＝xOA＋yOB＋zOC (x，y，z∈R)，则“x＝2，y＝－3，z＝2”
是“P，A，B，C 四点共面”的
()
A．必要不充分条件
B．充分不必要条件
C．充要条件
D．既不充分也不必要条件
解析：当 x＝2，y＝－3，z＝2 时，即OP ＝2OA－3OB＋2OC .
则 AP－ AO＝2OA－3( AB－ AO)＋2( AC － AO)，即 AP＝
共线、共面向量定理的应用
[例 2] 已知 E，F，G，H 分别是空 间四边形 ABCD 的边 AB，BC，CD，DA 的中点，用向量方法求证：
(1)E，F，G，H 四点共面； (2)BD∥平面 EFGH. [证明] (1)如图，连接 BG，则 EG＝ EB＋ BG ＝ EB＋12(BC ＋ BD) ＝ EB＋ BF ＋ EH ＝ EF ＋ EH ， 由共面向量定理知：E，F，G，H 四点共面．
(1) AP； (2) A1 N ； (3) MP ＋ NC1 .
[解] (1)∵P 是 C1D1 的中点， ∴ AP ＝ AA1 ＋ A1D1 ＋ D1P ＝a＋ AD＋12 D1C1 ＝a＋c＋12 AB＝a＋c＋12b.
(2) A1 N ； [解] ∵N 是 BC 的中点， ∴ A1 N ＝ A1 A＋ AB＋ BN ＝－a＋b＋12 BC ＝－a＋b＋12 AD＝－a＋b＋12c.
－3 AB＋2 AC ，根据共面向量定理知，P，A，B，C 四点共面；
反之，当 P，A，B，C 四点共面时，根据共面向量定
理，设 AP ＝m AB＋n AC (m，n∈R)，即OP －OA＝ m( OB － OA)＋n( OC － OA)，即 OP ＝(1－m－n) OA ＋m OB ＋n OC ，即x＝1－m－n，y＝m，z＝n，这组 数显然不止2，－3,2.故“x＝2，y＝－3，z＝2”是 “P，A，B，C四点共面”的充分不必要条件． 答案：B
考点贯通
抓高考命题的“形”与“神”
利用空间向量证明平行与垂直
[例 1] 已知直三棱柱 ABC-A1B1C1中， △ABC 为等腰直角三角形，∠BAC＝90°， 且 AB＝AA1，D，E，F 分别为 B1A，C1C， BC 的中点．求证：
(1)DE∥平面 ABC； (2)B1F⊥平面 AEF.
[证明] 以 A 为原点，AB，AC，AA1 所在直线为 x 轴，y 轴，z 轴，建立如图 所示的空间直角坐标系 A-xyz，令 AB＝ AA1＝4，则 A(0,0,0)，E(0,4,2)，F(2,2,0)， B1(4，0,4)，D(2,0,2)，A1(0,0,4)．
(2)BD∥平面 EFGH. [证明] 因为 EH ＝ AH － AE ＝12 AD －12 AB ＝12( AD － AB)＝12 BD，因为 E，H，B，D 四点不共线，所以 EH∥BD. 又 EH⊂平面 EFGH，BD⊄平面 EFGH，所以 BD∥平面 EFGH.
[方法技巧] 1．证明空间三点P，A，B共线的方法
2．[考点二]已知a＝(λ＋1,0,2)，b＝(6,2μ－1,2λ)，若a∥b，则λ
与μ的值可以是
()
A．2，12 C．－3,2
B．－13，12 D．2,2
解析：∵a∥b，∴b＝ka，即(6,2μ－1,2λ)＝k(λ＋1,0,2)，
∴62＝ μ－k1λ＝＋01，， 2λ＝2k，
λ＝2， 解得μ＝12
θ＝
|aa|·|bb|，进而可求两异面直线所成的角．
(2)求长度(距离)，运用公式|a|2＝a·a，可使线段长度
的计算问题转化为向量数量积的计算问题．
(3)解决垂直问题，利用a⊥b⇔a·b＝0(a≠0，b≠0)，
可将垂直问题转化为向量数量积的计算问题．
能力练通
抓应用体验的“得”与“失”
1．[考点二]已知空间任意一点 O 和不共线的三点 A，B，C，若OP
[解] 设向量 AN 与 MC 的夹角为 θ. ∵ AN ＝12( AC ＋ AD)＝12(q＋r)， MC ＝ AC － AM ＝ q－12p，∴ AN ·MC ＝12(q＋r)·q－12p＝12q2－12q·p＋r·q－12r·p ＝12a2－12a2cos 60°＋a2cos 60°－12a2cos 60° ＝12a2－a42＋a22－a42＝a22.
2．两个向量的数量积 (1)非零向量a，b的数量积a·b＝|a||b|cos〈a，b〉． (2)空间向量数量积的运算律 ①结合律：(λa)·b＝λ(a·b)； ②交换律：a·b＝b·a； ③分配律：a·(b＋c)＝a·b＋a·c.
3．空间向量的运算及其坐标表示
设a＝(a1，a2，a3)，b＝(b1，b2，b3)，
[方法技巧] 用已知向量表示某一向量的三个关键点
(1)用已知向量来表示某一向量，一定要结合图形， 以图形为指导是解题的关键．
(2)要正确理解向量加法、减法与数乘运算的几何意 义，如首尾相接的若干向量之和，等于由起始向量的始 点指向末尾向量的终点的向量．
(3)在立体几何中三角形法则、平行四边形法则仍然 成立．
又∵| AN |＝| MC |＝ 23a， ∴ AN ·MC ＝| AN || MC |cos θ＝ 23a× 23a×cos θ＝a22， ∴cos θ＝23， ∴向量 AN 与 MC 的夹角的余弦值为23，从而异面直线AN 与CM所成角的余弦值为23.
[方法技巧] 空间向量数量积的三个应用
(1)求夹角，设向量a，b所成的角为θ，则cos
2．空间位置关系的向量表示
位置关系
直线l1，l2的方向向量分 别为n1，n2 直线l的方向向量为n， 平面α的法向量为m 平面α，β的法向量分别 为n，m
l1∥l2 l1⊥l2 l∥α l⊥α α∥β α⊥β
向量表示 n1∥n2⇔n1＝λn2 n1⊥n2⇔n1·n2＝0 n⊥m⇔m·n＝0 n∥m⇔n＝λm n∥m⇔n＝λm n⊥m⇔n·m＝0
突破点(二) 利用空间向的“源”与“流”
1．两个重要向量 (1)直线的方向向量 直线的方向向量是指和这条直线_平__行__(_或__重__合__) 的非零向量， 一条直线的方向向量有 无数 个． (2)平面的法向量 直线 l⊥平面 α，取直线 l 的方向向量，则这个向量叫做平面 α 的法向量．显然一个平面的法向量有 无数 个，它们是共线向量.
(3) MP ＋ NC1 . [解] ∵M 是 AA1 的中点，∴ MP ＝ MA＋ AP＝12 A1 A＋ AP＝ －12a＋a＋c＋12b＝12a＋12b＋c，又 NC1 ＝ NC ＋CC1 ＝12 BC ＋ AA1 ＝12 AD＋ AA1 ＝12c＋a， ∴ MP ＋ NC1 ＝12a＋12b＋c＋a＋12c ＝32a＋12b＋32c.
＋y＋z＝1)； (4) PM ∥ AB (或 PA∥ MB或 PB∥ AM )．