高中数学必修2 第四章 4.3 空间直角坐标系
高中数学 必修二 同步练习 专题4.3 空间直角坐标系(解析版)
一、选择题1．在空间直角坐标系中，M（–2，1，0）关于原点的对称点M′的坐标是A．（2，–1，0）B．（–2，–1，0）C．（2，1，0）D．（0，–2，1）【答案】A【解析】∵点M′与点M（–2，1，0）关于原点对称，∴M′（2，–1，0）．故选A．2．点B是点A（1，2，3）在坐标平面yOz内的射影，则OB等于A．13B．14C．23D．13【答案】A3．点B30，0）是点A（m，2，5）在x轴上的射影，则点A到原点的距离为A．2B．2C．3D．5【答案】A【解析】点B30，0）是点A（m，2，5）在x轴上的射影，可得m3A到原点的距离222++2．故选A．(3)254．在空间直角坐标系中，点A（5，4，3），则A关于平面yOz的对称点坐标为A．（5，4，–3）B．（5，–4，–3）C．（–5，–4，–3）D．（–5，4，3）【答案】D【解析】根据关于坐标平面yOz 的对称点的坐标的特点，可得点A （5，4，3），关于坐标平面yOz 的对称点的坐标为（–5，4，3）．故选D ．5．空间中两点A （1，–1，2）、B （–1，1，22+2）之间的距离是A ．3B ．4C ．5D ．6【答案】B【解析】∵A （1，–1，2）、B （–1，1，22+2），∴A 、B 两点之间的距离d =222(11)(11)(2222)++--+--=4，故选B ．6．在空间直角坐标系中，P （2，3，4）、Q （–2，–3，–4）两点的位置关系是A ．关于x 轴对称B ．关于yOz 平面对称C ．关于坐标原点对称D ．以上都不对【答案】C7．点P （1，1，1）关于xOy 平面的对称点为P 1，则点P 1关于z 轴的对称点P 2的坐标是A ．（1，1，–1）B ．（–1，–1，–1）C ．（–1，–1，1）D ．（1，–1，1）【答案】B【解析】∵点P （1，1，1）关于xOy 平面的对称点为P 1，∴P 1（1，1，–1），∴点P 1关于z 轴的对称点P 2的坐标是（–1，–1，–1）．故选B ．8．已知点A （2，–1，–3），点A 关于x 轴的对称点为B ，则|AB |的值为A ．4B ．6C 14D ．10【答案】D【解析】点A （2，–1，–3）关于平面x 轴的对称点的坐标（2，1，3），由空间两点的距离公式可知：AB ()()()222221133-++++10，故选D ．9．在空间直角坐标系Oxyz 中，点M （1，2，3）关于x 轴对称的点N 的坐标是A．N（–1，2，3）B．N（1，–2，3）C．N（1，2，–3）D．N（1，–2，–3）【答案】D【解析】∵点M（1，2，3），一个点关于x轴对称的点的坐标是只有横标不变，纵标和竖标改变，∴点M（1，2，3）关于x轴对称的点的坐标为（1，–2，–3），故选D．10．空间点M（1，2，3）关于点N（4，6，7）的对称点P是A．（7，10，11）B．（–2，–1，0）C．579222⎛⎫⎪⎝⎭，，D．（7，8，9）【答案】A11．在空间直角坐标系中，已知点A（1，0，2），B（1，–4，0），点M是A，B的中点，则点M的坐标是A．（1，–1，0）B．（1，–2，1）C．（2，–4，2）D．（1，–4，1）【答案】B【解析】∵点M是A，B的中点，∴M110420222+-+⎛⎫⎪⎝⎭，，，即M（1，–2，1）．故选B．二、填空题12．空间中，点（2，0，1）位于___________平面上（填“xOy”“yOz”或“xOz”）【答案】xOz【解析】空间中，点（2，0，1）位于xOz平面上．故答案为：xOz．13．在正方体ABCD–A1B1C1D1中，若D（0，0，0），A（4，0，0），B（4，2，0），A1（4，0，3），则对角线AC1的长为___________．29【解析】∵在正方体ABCD –A 1B 1C 1D 1中，D （0，0，0），A （4，0，0），B （4，2，0），A 1（4，0，3），∴C 1（0，2，3），∴对角线AC 1的长为|AC 1|=222(04)2329-++=．故答案为：29．14．在空间直角坐标系中，点P 的坐标为（1，2，3），过点P 作平面xOy 的垂线PQ ，则垂足Q 的坐标为___________． 【答案】（1，2，0）【解析】空间直角坐标系中，点P （1，2，3），过点P 作平面xOy 的垂线PQ ，垂足为Q ，则点Q 的坐标为（1，2，0），如图所示．故答案为：（1，2，0）．15．若A （1，3，–2）、B （–2，3，2），则A 、B 两点间的距离为___________．【答案】5【解析】由题意，A 、B 两点间的距离为222(12)(33)(22)++-+--=5．故答案为：5． 16．已知A （1，a ，–5），B （2a ，–7，–2）（a ∈R ），则|AB |的最小值为___________．【答案】3617．点A （–1，3，5）关于点B （2，–3，1）的对称点的坐标为___________．【答案】（5，–9，–3）【解析】设点A（–1，3，5）关于点B（2，–3，1）的对称点的坐标为（a，b，c），则12 2332512abc-+⎧=⎪⎪+⎪=-⎨⎪+⎪=⎪⎩，解得a=5，b=–9，c=–3，∴点A（–1，3，5）关于点B（2，–3，1）的对称点的坐标为（5，–9，–3）．故答案为：（5，–9，–3）．三、解答题18．若点P（–4，–2，3）关于坐标平面xOy及y轴的对称点的坐标分别是A和B．求线段AB的长．19．在Z轴上求一点M，使点M到点A（1，0，2）与点B（1，–3，1）的距离相等．【解析】设M（0，0，z），∵Z轴上一点M到点A（1，0，2）与B（1，–3，1）的距离相等，∴()222221021(03)(1)z z++-=+++-，解得z=–3，∴M的坐标为（0，0，–3）．20．如图建立空间直角坐标系，已知正方体的棱长为2，（1）求正方体各顶点的坐标；（2）求A1C的长度．【解析】（1）∵正方体的棱长为2，∴A （0，0，2），B （0，2，2），C （2，2，2），D （2，0，2）， A 1（0，0，0），B 1（0，2，0），C 1（2，2，0），D 1（2，0，0）． （2）由（1）可知，A 1（0，0，0），C （2，2，2），A 1C 的长度|A 1C |=222222++=23．21．求证：以A （4，1，9），B （10，–1，6），C （2，4，3）为顶点的三角形是等腰直角三角形．。
2014-2015学年高中数学(人教版必修二)配套课件第四章 4.3 4.3.1 空间直角坐标系
思 考 应 用
答案： (1)(x，y,0) (3)(0，y，z) (5)(0，y,0) (2)(x,0，z) (4)(x,0,0) (6)(0,0，z)
栏 目 链 接
自 测 自 评
1．点 P(－1,0,2)位于( A．y 轴上 C．xOz 平面内
答案：(0,0,0)
基 础 梳 理
2．空间一点的坐标．
有序实数组 (x，y，z)来 空间一点 M 的坐标可以用 _______________
栏 目 链 接
(x，y，z) 叫做点 M 在此空间直角坐 表示，有序实数组 ________________
( x， y， z) x 叫做点 M 标系中的坐标，记作M ________ ．其中____
自 测 自 评
4．点 B 是点 A(3,4,5)在坐标平面 xOy 内的正投影， 则|OB|＝________.
栏 目 链 接
解析：点 B 的坐标为(3,4,0)，|OB|＝ 32＋42＝5. 答案：5
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题型一
解法二：B1(1,1,1)，D1(0,0,1)，B(1,1,0)，E 为 B1B 中 点，F 为 B1D1 中点．
1＋1 1＋1 1＋0 1 ＝1，1， ，F 故 E 点的坐标为 ， ， 2 2 2 2 1＋0 1＋0 1＋1 1 1 ＝ ， ，1. 点的坐标为 ， ， 2 2 2 2 2
栏 目 链 接
基 础 梳 理
(2)右手直角坐标系．
x轴 的正方向， 在空间直角坐标系中，让右手拇指指向______ y轴 的正方向，如果中指指向______ z轴 的正方向， 食指指向________
【新】版高中数学第四章圆与方程4.34.3.1空间直角坐标系4.3.2空间两点间的距离公式学案新人教A版必修2
4.3.1 空间直角坐标系4.3.2 空间两点间的距离公式目标定位 1.了解空间直角坐标系的概念，理解三维空间的点可以用三个量来表示.2.通过所有棱分别与坐标轴平行的特殊长方体的顶点的坐标，探索并得出空间两点间的距离公式.3.会用空间两点间的距离公式，求两点间的距离，比较线段的长度.自 主 预 习1.空间直角坐标系(1)空间直角坐标系及相关概念①空间直角坐标系：从空间某一定点引三条两两垂直，且有相同单位长度的数轴：x 轴、y 轴、z 轴，这样就建立了一个空间直角坐标系O －xyz .②相关概念：点O 叫做坐标原点，x 轴、y 轴、z 轴叫做坐标轴.通过每两个坐标轴的平面叫做坐标平面，分别称为xOy 平面、yOz 平面、zOx 平面. (2)右手直角坐标系在空间直角坐标系中，让右手拇指指向x 轴的正方向，食指指向y 轴的正方向，如果中指指向z 轴的正方向，则称这个坐标系为右手直角坐标系. 2.空间一点的坐标空间一点M 的坐标可以用有序实数组(x ，y ，z )来表示，有序实数组(x ，y ，z )叫做点M 在此空间直角坐标系中的坐标，记作M (x ，y ，z ).其中x 叫做点M 的横坐标，y 叫做点M 的纵坐标，z 叫做点M 的竖坐标. 3.空间两点间的距离公式(1)在空间中，点P (x ，y ，z )到坐标原点O 的距离|OP |(2)在空间中，P 1(x 1，y 1，z 1)与P 2(x 2，y 2，z 2)的距离|P 1P 2|4.空间中的中点坐标公式在空间直角坐标系中，若A (x 1，y 1，z 1)，B (x 2，y 2，z 2)，则线段AB 的中点坐标是⎝ ⎛⎭⎪⎫x 1＋x 22，y 1＋y 22，z 1＋z 22. 即 时 自 测1.判断题(1)在空间直角坐标系中，在Ox 轴上的点的坐标一定是(0，b ，0).(×) (2)在空间直角坐标系中，在yOz 平面上点的坐标一定可写成(0，b ，c ).(√)(3)在空间直角坐标系中，在Oz轴上的点的坐标可记为(0，0，c).(√)(4)在空间直角坐标系中点P(a，b，c)，关于坐标原点的对称点为P′(－a，－b，－c).(√)提示(1)由定义可知，在Ox轴上的点(x，y，z)，有y＝z＝0，所以点的坐标可记为(a，0，0).2.点(2，0，3)在空间直角坐标系中的( )A.y轴上B.xOy平面上C.xOz平面上D.第一象限内解析点(2，0，3)的纵坐标为0，所以该点在xOz平面上.答案 C3.点A在z轴上，它到点(22，5，1)的距离是13，则A点的坐标是( )A.(0，0，－1)B.(0，1，1)C.(0，0，1)D.(0，0，13)解析设A(0，0，c)，则（22）2＋（5）2＋（1－c）2＝13，解得c＝1，所以点A 的坐标为(0，0，1).答案 C4.点P(－3，2，－1)关于平面xOy的对称点是________，关于平面yOz的对称点是________，关于x轴的对称点是________，关于y轴的对称点是________.答案(－3，2，1) (3，2，－1) (－3，－2，1) (3，2，1)类型一 求空间中点的坐标【例1】 建立适当的坐标系，写出底边长为2，高为3的正三棱柱的各顶点的坐标. 解 以BC 的中点为原点，BC 所在的直线为y 轴，以射线OA 所在的直线为x 轴，建立空间直角坐标系，如图.由题意知，AO ＝32×2＝3，从而可知各顶点的坐标分别为A (3，0，0)，B (0，1，0)，C (0，－1，0)，A 1(3，0，3)，B 1(0，1，3)， C 1(0，－1，3).规律方法 (1)题目若未给出坐标系，建立空间直角坐标系时应遵循以下原则： ①让尽可能多的点落在坐标轴上或坐标平面内； ②充分利用几何图形的对称性.(2)求某点的坐标时，一般先找这一点在某一坐标平面上的射影，确定其两个坐标，再找出它在另一轴上的射影(或者通过它到这个坐标平面的距离加上正负号)确定第三个坐标. 【训练1】 画一个正方体ABCD －A 1B 1C 1D 1，以A 为坐标原点，以棱AB ，AD ，AA 1所在的直线为坐标轴，取正方体的棱长为单位长度，建立空间直角坐标系. (1)求各顶点的坐标； (2)求棱C 1C 中点的坐标； (3)求面AA 1B 1B 对角线交点的坐标.解 建立空间直角坐标系如图所示，且正方体的棱长为1.(1)各顶点坐标分别是A (0，0，0)，B (1，0，0)，C (1，1，0)，D (0，1，0)，A 1(0，0，1)，B 1(1，0，1)，C 1(1，1，1)，D 1(0，1，1).(2)棱CC 1的中点为M ⎝ ⎛⎭⎪⎫1，1，12. (3)面AA 1B 1B 对角线交点为N ⎝ ⎛⎭⎪⎫12，0，12.类型二求空间中对称点的坐标【例2】在空间直角坐标系中，点P(－2，1，4).(1)求点P关于x轴的对称点的坐标；(2)求点P关于xOy平面的对称点的坐标；(3)求点P关于点M(2，－1，－4)的对称点的坐标.解(1)由于点P关于x轴对称后，它在x轴的分量不变，在y轴、z轴的分量变为原来的相反数，所以对称点为P1(－2，－1，－4).(2)由于点P关于xOy平面对称后，它在x轴、y轴的分量不变，在z轴的分量变为原来的相反数，所以对称点为P2(－2，1，－4).(3)设对称点为P3(x，y，z)，则点M为线段PP3的中点，由中点坐标公式，可得x＝2×2－(－2)＝6，y＝2×(－1)－1＝－3，z＝2×(－4)－4＝－12，所以P3(6，－3，－12).规律方法任意一点P(x，y，z)，关于原点对称的点是P1(－x，－y，－z)；关于x轴(横轴)对称的点是P2(x，－y，－z)；关于y轴(纵轴)对称的点是P3(－x，y，－z)；关于z轴(竖轴)对称的点是P4(－x，－y，z)；关于xOy平面对称的点是P5(x，y，－z)；关于yOz平面对称的点是P6(－x，y，z)；关于xOz平面对称的点是P7(x，－y，z).求对称点的问题可以用“关于谁对称，谁保持不变，其余坐标相反”的口诀来记忆.【训练2】求点A(1，2，－1)关于坐标平面xOy及x轴的对称点的坐标.解如图所示，过点A作AM⊥坐标平面xOy交平面于点M，并延长到点C，使AM＝CM，则点A与点C关于坐标平面xOy对称，且点C(1，2，1).过点A作AN⊥x轴于点N并延长到点B，使AN＝NB，则点A与B关于x轴对称且点B(1，－2，1).∴点A(1，2，－1)关于坐标平面xOy对称的点为C(1，2，1)；点A(1，2，－1)关于x轴对称的点为B(1，－2，1).(本题也可直接利用点关于坐标面、坐标轴对称的规律写出)类型三空间中两点间的距离(互动探究)【例3】如图所示，在长方体ABCD－A1B1C1D1中，|AB|＝|AD|＝3，|AA 1|＝2，点M 在A 1C 1上，|MC 1|＝2|A 1M |，N 在D 1C 上且为D 1C 中点，求M 、N 两点间的距离. [思路探究]探究点一 解决空间中的距离问题基本思路是什么？提示 求空间两点间的距离时，一般使用空间两点间的距离公式，其中确定点的坐标或合理设出点的坐标是解题的关键.探究点二 空间的中点坐标公式是什么？提示 设A (x 1，y 1，z 1)，B (x 2，y 2，z 2)，则AB 中点为P ⎝⎛⎭⎪⎫x 1＋x 22，y 1＋y 22，z 1＋z 22.解 如图所示，分别以AB ，AD ，AA 1所在的直线为x 轴、y 轴、z 轴建立空间直角坐标系.由题意可知C (3，3，0)，D (0，3，0)， ∵|DD 1|＝|CC 1|＝|AA 1|＝2， ∴C 1(3，3，2)，D 1(0，3，2)，∵N 为CD 1的中点，∴N ⎝ ⎛⎭⎪⎫32，3，1.M 是A 1C 1的三分之一分点且靠近A 1点，∴M (1，1，2).由两点间距离公式，得 |MN |＝⎝ ⎛⎭⎪⎫32－12＋（3－1）2＋（1－2）2＝212. 规律方法 求空间两点间的距离时，一般使用空间两点间的距离公式，应用公式的关键在于建立适当的坐标系，确定两点的坐标.确定点的坐标的方法视具体题目而定，一般说来，要转化到平面中求解，有时也利用几何图形的特征，结合平面直角坐标系的知识确定. 【训练3】 已知△ABC 的三个顶点A (1，5，2)，B (2，3，4)，C (3，1，5). (1)求△ABC 中最短边的边长； (2)求AC 边上中线的长度. 解 (1)由空间两点间距离公式得|AB |＝（1－2）2＋（5－3）2＋（2－4）2＝3， |BC |＝（2－3）2＋（3－1）2＋（4－5）2＝6，|AC |＝（1－3）2＋（5－1）2＋（2－5）2＝29， ∴△ABC 中最短边是BC ，其长度为 6.(2)由中点坐标公式得，AC 的中点坐标为⎝ ⎛⎭⎪⎫2，3，72. ∴AC 边上中线的长度为（2－2）2＋（3－3）2＋⎝ ⎛⎭⎪⎫4－722＝12.[课堂小结]1.结合长方体的长宽高理解点的坐标(x ，y ，z )，培养立体思维，增强空间想象力.2.学会用类比联想的方法理解空间直角坐标系的建系原则，切实体会空间中点的坐标及两点间的距离公式同平面内点的坐标及两点间的距离公式的区别和联系.3.在导出空间两点间的距离公式中体会转化与化归思想的应用，突出化空间为平面的解题思想.1.在空间直角坐标系中，点P (3，4，5)与Q (3，－4，－5)两点的位置关系是( ) A.关于x 轴对称B.关于xOy 平面对称C.关于坐标原点对称D.以上都不对解析 点P (3，4，5)与Q (3，－4，－5)两点的横坐标相同，而纵、竖坐标互为相反数，所以两点关于x 轴对称. 答案 A2.已知点A (x ，1，2)和点B (2，3，4)，且|AB |＝26，则实数x 的值是( ) A.－3或4 B.6或2 C.3或－4D.6或－2解析 由题意得（x －2）2＋（1－3）2＋（2－4）2＝26解得x ＝－2或x ＝6. 答案 D3.已知A (3，2，－4)，B (5，－2，2)，则线段AB 中点的坐标为________. 解析 设中点坐标为(x 0，y 0，z 0)，则x 0＝3＋52＝4，y 0＝2－22＝0，z 0＝－4＋22＝－1，∴中点坐标为(4，0，－1). 答案 (4，0，－1)4.已知两点P (1，0，1)与Q (4，3，－1). (1)求P 、Q 之间的距离；(2)求z轴上的一点M，使|MP|＝|MQ|.解(1)|PQ|＝（1－4）2＋（0－3）2＋（1＋1）2＝22.(2)设M(0，0，z)由|MP|＝|MQ|，得12＋02＋(z－1)2＝42＋32＋(z＋1)2，∴z＝－6.∴M(0，0，－6).基 础 过 关1.空间两点A ，B 的坐标分别为(x ，－y ，z )，(－x ，－y ，－z )，则A ，B 两点的位置关系是( )A.关于x 轴对称B.关于y 轴对称C.关于z 轴对称D.关于原点对称解析 由A ，B 两点的坐标可知关于y 轴对称. 答案 B2.在空间直角坐标系中，点M 的坐标是(4，7，6)，则点M 关于y 轴的对称点在坐标平面xOz 上的射影的坐标为( ) A.(4，0，6) B.(－4，7，－6) C.(－4，0，－6)D.(－4，7，0)解析 点M 关于y 轴的对称点是M ′(－4，7，－6)，点M ′在坐标平面xOz 上的射影是(－4，0，－6). 答案 C3.如图，在空间直角坐标系中，有一棱长为a 的正方体ABCD －A 1B 1C 1D 1，A 1C 的中点E 到AB 的中点F 的距离为( )A.2aB.22a C.aD.12a 解析 由题意得F ⎝ ⎛⎭⎪⎫a ，a2，0，A 1(a ，0，a )，C (0，a ，0)，∴E ⎝ ⎛⎭⎪⎫a 2，a 2，a 2，则|EF |＝⎝ ⎛⎭⎪⎫a －a 22＋⎝ ⎛⎭⎪⎫a 2－a 22＋⎝ ⎛⎭⎪⎫0－a 22＝22a . 答案 B4.在空间直角坐标系中，点A (1，0，1)与点B (2，1，－1)间的距离为________. 解析 |AB |＝（2－1）2＋（1－0）2＋（－1－1）2＝ 6. 答案65.已知三角形的三个顶点A (2，－1，4)，B (3，2，－6)，C (5，0，2).则(1)过A 点的中线长为________； (2)过B 点的中线长为________； (3)过C 点的中线长为________.解析 设BC 的中点为D ，则D (4，1，－2)，可得|AD |＝（4－2）2＋[1－（－1）]2＋（－2－4）2＝211； 设AC 的中点为E ，则E ⎝ ⎛⎭⎪⎫72，－12，3，可得|BE |＝⎝ ⎛⎭⎪⎫3－722＋⎝ ⎛⎭⎪⎫2＋122＋（－6－3）2＝5214；设AB 的中点为F ，则F ⎝ ⎛⎭⎪⎫52，12，－1，可得|CE |＝⎝ ⎛⎭⎪⎫5－522＋⎝ ⎛⎭⎪⎫0－122＋[2－（－1）]2＝1262.答案 2115214 6226.如图，长方体ABCD －A 1B 1C 1D 1中，|AB |＝4，|AD |＝3，|AA 1|＝5，N 为棱CC 1的中点，分别以DA ，DC ，DD 1所在的直线为x 轴、y 轴、z 轴，建立空间直角坐标系.(1)求点A ，B ，C ，D ，A 1，B 1，C 1，D 1的坐标； (2)求点N 的坐标. 解 (1)显然D (0，0，0)，因为点A 在x 轴的正半轴上，且|AD |＝3，所以A (3，0，0).同理，可得C (0，4，0)，D 1(0，0，5). 因为点B 在坐标平面xOy 内，BC ⊥CD ，BA ⊥AD ， 所以B (3，4，0).同理，可得A 1(3，0，5)，C 1(0，4，5)，与B 的坐标相比，点B 1的坐标中只有竖坐标不同，|BB 1|＝|AA 1|＝5，则B 1(3，4，5).(2)由(1)知C (0，4，0)，C 1(0，4，5)，则C 1C 的中点N 为⎝⎛⎭⎪⎫0＋02，4＋42，0＋52，即N ⎝⎛⎭⎪⎫0，4，52. 7.如图所示，直三棱柱ABC －A 1B 1C 1中，|C 1C |＝|CB |＝|CA |＝2，AC ⊥CB ，D ，E 分别是棱AB ，B 1C 1的中点，F 是AC 的中点，求DE ，EF 的长度.解 以点C 为坐标原点，CA 、CB 、CC 1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.∵|C 1C |＝|CB |＝|CA |＝2，∴C (0，0，0)，A (2，0，0)，B (0，2，0)，C 1(0，0，2)，B 1(0，2，2)， 由中点坐标公式可得，D (1，1，0)，E (0，1，2)，F (1，0，0)，∴|DE |＝（1－0）2＋（1－1）2＋（0－2）2＝5， |EF |＝（0－1）2＋（1－0）2＋（2－0）2＝ 6.能 力 提 升8.△ABC 在空间直角坐标系中的位置及坐标如图所示，则BC 边上的中线的长是( )A. 2B.2C. 3D.3解析 BC 的中点坐标为M (1，1，0)，又A (0，0，1)， ∴|AM |＝（1－0）2＋（1－0）2＋（0－1）2＝ 3. 答案 C9.在空间直角坐标系中，一定点P 到三个坐标轴的距离都是1，则该点到原点的距离是( ) A.62B. 3C.32D.63解析 设P (x ，y ，z )，由题意可知⎩⎪⎨⎪⎧x 2＋y 2＝1y 2＋z 2＝1，x 2＋z 2＝1∴x 2＋y 2＋z 2＝32.∴x 2＋y 2＋z 2＝62. 答案 A10.已知点A (1，a ，－5)，B (2a ，－7，－2)(a ∈R )则|AB |的最小值是________. 解析 |AB |2＝(2a －1)2＋(－7－a )2＋(－2＋5)2＝5a 2＋10a ＋59＝5(a ＋1)2＋54.∴a ＝－1时，|AB |2的最小值为54.∴|AB |min ＝54＝3 6.答案 3 611.如图，在长方体ABCD －A 1B 1C 1D 1中，AD ＝AA 1＝2，AB ＝4，DE ⊥AC ，垂足为E ，求B 1E 的长.解 如图，以点D 为原点，以DA ，DC ，DD 1所在直线分别为x 轴，y 轴，z 轴，建立空间直角坐标系.则D (0，0，0)，B 1(2，4，2)，A (2，0，0)，C (0，4，0)，设点E 的坐标为(x ，y ，0)，在坐标平面xOy 内，直线AC 的方程为x 2＋y 4＝1， 即2x ＋y －4＝0，又DE ⊥AC ，直线DE 的方程为x －2y ＝0.由⎩⎪⎨⎪⎧2x －y －4＝0，x －2y ＝0，得⎩⎪⎨⎪⎧x ＝85，y ＝45，∴E ⎝ ⎛⎭⎪⎫85，45，0. ∴|B 1E |＝⎝ ⎛⎭⎪⎫85－22＋⎝ ⎛⎭⎪⎫45－42＋（0－2）2＝6105， 即B 1E 的长为6105. 探 究 创 新12.已知正方形ABCD 、ABEF 的边长都是1，而且平面ABCD 与平面ABEF 互相垂直，点M 在AC 上移动，点N 在BF 上移动，若CM ＝BN ＝a (0<a <2)，求：(1)MN 的长；(2)a 为何值时，MN 的长最小.解 ∵平面ABCD ⊥平面ABEF ，平面ABCD ∩平面ABEF ＝AB ，AB ⊥BE ，BE ⊂平面ABEF ，∴BE ⊥平面ABCD ，∴AB 、BC 、BE 两两垂直.过点M 作MG ⊥AB ，MH ⊥BC ，垂足分别为G 、H ，连接NG ，易证NG ⊥AB .∵CM ＝BN ＝a ，∴CH ＝MH ＝BG ＝GN ＝22a ， ∴以B 为原点，以BA 、BE 、BC 所在的直线为x 轴、y 轴、z 轴，建立如图所示的空间直角坐标系，则M ⎝ ⎛⎭⎪⎫22a ，0，1－22a ，N ⎝ ⎛⎭⎪⎫22a ，22a ，0. ∴|MN |＝⎝ ⎛⎭⎪⎫22a －22a 2＋⎝ ⎛⎭⎪⎫0－22a 2＋⎝ ⎛⎭⎪⎫1－22a －02＝a 2－2a ＋1 ＝⎝⎛⎭⎪⎫a －222＋12(0<a <2). (2)∵|MN |＝⎝ ⎛⎭⎪⎫a －222＋12，故当a ＝22时，|MN |min ＝22. 这时M 、N 恰好为AC ，BF 的中点.。
2015-2016学年高二数学必修2课件 第四章 第三节 空间直角坐标系
则D(0,0,0)，A(2,0,0)，B1(2,4,2)，C(0,4,0)，
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第四章 圆与方程
第二十七页，编辑于星期五：八点 十三分。
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设E的坐标(x，y,0)．
在坐标平面xOy内，直线AC的方程为
x 2
＋
4y ＝1，即2x＋y－
4＝0.
第6页
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第四章 圆与方程
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2．空间两点间的距离公式． (1)空间中两点P1(x1，y1，z1)，P2(x2，y2，z2)之间的距离是 |P1P2|＝________. (2)空间任一点P(x，y，z)到坐标原点的距离|OP|＝ ________. 说明 空间两点间的距离公式可以看成平面内两点间距离 公式的推广.
第22页
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第四章 圆与方程
第二十二页，编辑于星期五：八点 十三分。
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【解】 设M(x,0，z)为所求轨迹上任一点，则有 x－12＋－22＋z＋12＝ x－22＋02＋z－22.
整理得x＋3z－1＝0. ∴M点的轨迹是xOz平面内的一条直线，其方程为x＋3z－ 1＝0.
(2)坐标平面和坐标轴上点的坐标特点 xOy平 xOz平 yOz平
坐标平面 面面面
坐标特点 z＝0 y＝0 x＝0 点的坐标 (x， (x,0， (0，
y,0) z) y，z)
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第四章 圆与方程
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高中数学 4.3.2 空间两点间的距离公式课件 新人教A版必修2
(0,1,1),D1(0,0,1).∴
E(0, 0, 1), F(1 , 1 , 0),G(1,1, 1)
2 22
2
规律技巧:点的空间坐标为该点在坐标轴上的投影在这个坐
标轴上的坐标.
变式训练1:如图所示,在四棱锥P-ABCD中,各棱长均为a,底面 为正方形,PO⊥底面ABCD,建立适当的坐标系,写出各顶点的 坐标.
2.空间一点M的坐标可用有序实数组(x,y,z)来表示,有序实数 组(x,y,z)叫做点M在此空间直角坐标系中的坐标,记作 ___(_x_,y_,z_)___,其中x叫做点M的___横__坐__标___,y叫做点M的 ___纵__坐__标___,z叫做点M的___竖__坐__标___. 3.空间直角坐标系中的两点间距离公
题型三 两点间距离公式的应用 例3:已知A(1,2,-1),B(2,0,2),在xOz平面内的点M到A与B等距
离,求M点的轨迹. 分析:在xOz平面上点的坐标的特点是y=0,因此点M(x,0,z),代
入两点间距离公式化简得解.
解:设M(x,0,z)为所求轨迹上任一点,则有
(x 1)2 (2)2 (z 1)2 (x 2)2 02 (z 2)2
A.1
B.2
C.3
D.4
解析:①错,②,③,④正确.因此应选C.
答案:C
2.在空间直角坐标系中,点(-2,1,4)关于x轴的对称点的坐标是
()
A.(-2,1,-4)
B.(-2,-1,-4)
C.(2,-1,4)
D.(2,1,-4)
解析:点(x,y,z)关于x轴的对称点的坐标为(x,-y,-z).
所以(-2,1,4)关于x轴的对称点的坐标为(-2,-1,-4).
整理,得x+3z-1=0. ∴M点的轨迹是xOz平面内的一条直线,其方程为x+3z-1=0. 规律技巧:动点M的轨迹与轨迹方程是两个不同的概念.轨迹
人教版高中数学必修二第四章圆与方程_空间直角坐标系
z
z
•
1
P3
• P
1
x
x
•
1
• o
y •P 2
y
P1
方法二：过P点作xOy面的垂线，垂足为P0
点。 点 P0在坐标系xOy中的坐标x、y依次是P点的横 坐标、纵坐标。再过P点作z轴的垂线，垂足P1在 z轴上的坐标z就是P点的竖坐标。 z
z P1 P
1
•
y
1
x
x M
1
• o
•P
N
y
0
P点坐标为(x,y,z)
(-1,-3,0) C1 • (2,-2,0) B1
1
O
•
• B•
x
1
1
• A(1,4,1) y •
A1(1,4,0)
(2,-2,-1)
练习：
点M(x,y,z)是空间直角坐标系Oxyz中的一点，写出 满足下列条件的点的坐标.
(1)与点M关于x轴对称的点 (2)与点M关于y轴对称的点 (x,-y,-z) (-x,y,-z)
Ⅲ
z
yz 面
Ⅳ
zx 面
Ⅱ
xy 面
Ⅶ Ⅷ
•
O
y
Ⅰ
Ⅵ
x
Ⅴ
空间直角坐标系共有八个卦限
设B`为空间的一个定点，过B`分别作垂直于x 轴、y轴、z轴的平面，依次交x轴、y轴、z轴于 点A,C,D`．
z
设点A,C,D`在x轴、 y轴、z轴上的坐标 分别为x、y、z， 那么点B`就对应惟 一确定的有序实数 组(x,y,z)．
在空间，我们是否可以建立一个坐标系， 使空间中的任意一点都可用对应的有序实数 组表示出来呢？
1.建立了一个空间直角坐标系O-xyz．其中 (1)点O叫做坐标原点； (2)x轴、y轴、z轴叫做坐标轴； (3)以线段OA的长为单位长度． 2.通过每两个坐标轴的平面 叫做坐标平面，分别称为： xOy平面、yOz平面、zOx平面． 称这个坐标系为右手直角坐标 系．如无特别说明，本书建立 的坐标系都是右手直角坐标系．
高中数学《第四章圆与方程4.3空间直角坐标系习题4.3》117PPT课件
练习巩固
教案29诊断练习第1题
若直线 y=x+k 与曲线 y= 1 x2 恰有一个公共
点，则 k 的取值范围是
(07 上海理 11)、已知圆的方程 x2 y 12 1 ， P 为圆上任意一点
（不包括原点）。直线 OP 的倾斜角为 弧度， OP d ，则 d f
点在圆内
d<r
点在圆上
d=r
点在圆外
d>r
直线与圆的位置关系
种类: 相离切交(没一二有个交点) 相交(一个交点) 相交(二个交点)
直线与圆的位置关系的判定 代数方法
直线方程l：Ax+By+C=0 圆的方程C：(x-a)2+(y-b)2=r2
Ax+By+C=0 由方程组： (x-a)2+(y-b)2=r2
高考链接
（07 重庆文 8）若直线 y kx 1与圆 x 2 y 2 1相交于 P、Q 两点，
且∠POQ＝120°（其中 O 为原点），则 k 的值为 A
（A） 3 , 2 （B） 2 , 4 （C） 3 , 2 （D） 2 , 4
7 7
7 21
7 7
7 21
高考链接
变式训练
1、在直线2x y 3 0上求一点P，使得由P点向 圆x2 y2 4x 0所引的切线长度最小。
P
M
P
C
M
变式训练
2、在直线2x y 3 0上求一点P，过P点向圆 x2 y2 4x 0作两条切线，切点分别为A、B， 求四边形PACB面积的最小值。
高中数学必修二4.3.1空间直角坐标系课件
( 1 ,0, 1 ),(1, 1 , 1 ),( 1 ,1, 1 ),(0, 1 , 1 );
2 2 22 2 2 22
z
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
上层这五个钠原子所 在位置的坐标分别是
(0,0,1), (1,0,1), (1,1,1),
(0,1,1),( 1 , 1 ,1);
22
y
x
练习：在空间直角坐标系中描出下列各点， 并说明这些点的位置。
图：建立空间直角坐标系 O xyz 后，
试写出全部钠原子所在位置的坐标。
z
y x
解: 把图中的钠原子分成下,中,上三层来 写它们所在位置的坐标.
下层五个钠原子所在位置的坐标分别是
(0,0,0),(1,0,0),(1,1,0),(0,1,0),( 1 , 1 ,0);
22
中层这四个钠原子所在位置的坐标分别是
A（0,1,1） B（0,0,2） C（0,2,0）
D（1,0,3） E（2,2,0） F（1,0,0）
解：
z
3 D•
2• B
1 •A C
F• O 1 •2 y 21
•E
x
课后练习：
z
解：
D
P
C
A
B
O xA
Cy B
解：
z
D A
O xA
C
B Q
Cy B
练习：点M(x,y,z)是空间直角坐标系Oxyz中的一点 ，写出满足下列条件的点的坐标.（课本138题1）
A
x -1
0
y
P
N
0
Mx
12
数轴上的点可用与 这个点对应的实数 x来表示。
平面直角坐标系上的点用 它对应的横纵坐标，即一 对有序实数对(x,y)表示。
广东省汕头市潮南实验学校高中数学必修2课件：4.3空间直角坐标系
1
x
第六页，编辑于星期日：十一点 五分。
空间中点的坐标ຫໍສະໝຸດ 空间的点 11 有序数组( x, y, z)
过点M作与 z 轴垂直的平 面，交 z 轴于点R，得点 M的竖坐标 z
z
R (0,0,z)
过点M作与 x 轴垂直的平 面，交 x 轴于点P,得M点
横坐标 x
M(x,•y, z)
o
y
Q (0,y,0)
x P (x,0,0)
条件为________． 解析 设满足条件的点的坐标为(x，y，z)，由题意 可得
(x 1)2 ( y 2)2 (z 3)2 x2 y2 (z 5)2 ，
即2x－4y＋4z－11＝0. 答案 2x－4y＋4z－11＝0
第二十页，编辑于星期日：十一点 五分。
已知点A(－4,2,3)关于坐标原点的对称点为A1，A1关 于xOz平面的对称点为A2，A2关于z轴的对称点为A3， 求线段AA3的中点M的坐标．
( )．
A. 2a B. 2a 2
C．a
D. 1a 2
解析 A′(a,0，a)，C(0，a,0)，
E点坐标为 ( a , a , a ，) 而F 222
(a, a .,0) 2
∴|EF|＝
a2 02 a2
4
4
＝
2 a， 2
答案 B
第十九页，编辑于星期日：十一点 五分。
与点A(－1,2,3)，B(0,0,5)的距离相等的点的坐标满足的
• 一般的P(x , y , z) 关于：
• （1）x轴对称的点P1为___(_x_, __y_,__z;) • （2）y轴对称的点P2为___(__x_, _y_, __z;) • （3）z轴对称的点P3为___(__x_, __y_,_z;)
高中数学必修2第四章知识点总结
高中数学必修２第四章知识点总结4.1.1 圆的标准方程1、圆的标准方程：222()()x a y b r -+-=圆心为A(a,b),半径为r 的圆的方程2、点00(,)M x y 与圆222()()x a y b r -+-=的关系的判断方法：（1）2200()()x a y b -+->2r ，点在圆外 （2）2200()()x a y b -+-=2r ，点在圆上 （3）2200()()x a y b -+-<2r ，点在圆内4.1.2 圆的一般方程1、圆的一般方程：022=++++F Ey Dx y x2、圆的一般方程的特点：(1)①x2和y2的系数相同，不等于0． ②没有xy 这样的二次项．(2)圆的一般方程中有三个特定的系数D 、E 、F ，因之只要求出这三个系数，圆的方程就确定了． (3)、与圆的标准方程相比较，它是一种特殊的二元二次方程，代数特征明显，圆的标准方程则指出了圆心坐标与半径大小，几何特征较明显。
4.2.1 圆与圆的位置关系1、用点到直线的距离来判断直线与圆的位置关系．设直线l ：0=++c by ax ，圆C ：022=++++F Ey Dx y x ，圆的半径为r ，圆心)2,2(ED --到直线的距离为d ，则判别直线与圆的位置关系的依据有以下几点：（1）当r d >时，直线l 与圆C 相离；（2）当r d =时，直线l 与圆C 相切； （3）当r d <时，直线l 与圆C 相交；4.2.2 圆与圆的位置关系两圆的位置关系．设两圆的连心线长为l ，则判别圆与圆的位置关系的依据有以下几点：（1）当21r r l +>时，圆1C 与圆2C 相离；（2）当21r r l +=时，圆1C 与圆2C 外切； （3）当<-||21r r 21r r l +<时，圆1C 与圆2C 相交；（4）当||21r r l -=时，圆1C 与圆2C 内切；（5）当||21r r l -<时，圆1C 与圆2C 内含；4.2.3 直线与圆的方程的应用1、利用平面直角坐标系解决直线与圆的位置关系；2、过程与方法用坐标法解决几何问题的步骤：第一步：建立适当的平面直角坐标系，用坐标和方程表示问题中的几何元素，将平面几何问题转化为代数问题；第二步：通过代数运算，解决代数问题； 第三步：将代数运算结果“翻译”成几何结论．4.3.1空间直角坐标系1、点M 对应着唯一确定的有序实数组),,(z y x ，x 、y 、z 分别是P 、Q 、R 在x 、y 、z 轴上的坐标2、有序实数组),,(z y x ，对应着空间直角坐标系中的一点3、空间中任意点M 的坐标都可以用有序实数组),,(z y x 来表示，该数组叫做点M 在此空间直角坐标系中的坐标，记M ),,(z y x ，x 叫做点M 的横坐标，y 叫做点M 的纵坐标，z 叫做点M 的竖坐标。
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2．任意两点 P1(x1，y1，z1)，P2(x2，y2，z2)间的距离
2 2 2 x － x ＋ y － y ＋ z － z 1 2 1 2 1 2 |P1P2|＝_______________________________.
[化解疑难] 1．空间两点间的距离公式可以类比平面上两点间的距离 公式，只是增加了对应的竖坐标的运算． 2．空间中点坐标公式：设 A(x1，y1，z1)，B(x2，y2，z2)， 则 AB 中点
[解]
以 A 为坐标原点，射线 AB，AD，AA1 的方向
分别为正方向建立空间直角坐标系，如图所示．
分别设|AB|＝1，|AD|＝2，|AA1|＝4， 1 1 则|CF|＝|AB|＝1，|CE|＝ |AB|＝ ， 2 2 1 3 所以|BE|＝|BC|－|CE|＝2－ ＝ . 2 2 3 所以点 E 的坐标为(1， ，0)，点 F 的坐标为(1,2,1)． 2
[导入新知] 1．空间直角坐标系及相关概念 (1)空间直角坐标系：从空间某一定点引三条两两垂 直，且有相同单位长度的数轴： x 轴、y 轴、z 轴 ，这样 就建立了空间直角坐标系 O－xyz.
x 轴、y 轴、z 轴叫 点 O 叫做坐标原点， (2)相关概念：
做坐标轴．通过 每两个坐标轴 的平面叫做坐标平面，分 别称为 xOy 平面、 yOz 平面、 zOx 平面．
[类题通法] 空间中点 P 坐标的确定方法 (1)由 P 点分别作垂直于 x 轴、y 轴、z 轴的平面，依次 交 x 轴、y 轴、z 轴于点 Px、Py、Pz，这三个点在 x 轴、y 轴、z 轴上的坐标分别为 x、y、z，那么点 P 的坐标就是(x， y，z)． (2)若题所给图形中存在垂直于坐标轴的平面，或点 P 在坐标轴或坐标平面上，则要充分利用这一性质解题．
2．右手直角坐标系 在空间直角坐标系中，让右手拇指指向 x 轴的正方向， 食指指向 y 轴 的正方向，如果中指指向 z 轴 的正方向，则 称这个坐标系为右手直角坐标系． 3．空间一点的坐标 空间一点 M 的坐标可以用 有序实数组(x，y，z) 来表
有序实数组(x，y，z) 叫做点 M 在此空间直角坐标系中 示，
3．特殊点在空间直角坐标系中的坐标表示如下 点的 位置 x轴 y轴 z轴 xOy yOz xOz 平面 平面 平面
坐标 (x,0, (0， (0,0， (x， (0， (x,0， 表示 0) y,0) z) y,0) y，z) z)
空间两点间的距离公式
[提出问题] (1)已知数轴上 A 点的坐标 2，B 点的坐标－2. (2)已知平面直角坐标系中 P(a，b)，Q(m，n)． 问题 1：如何求数轴上两点间的距离？ 提示：|AB|＝|x1－x2|＝|x2－x1|. 问题 2：如何求平面直角坐标系中 P、Q 两点间距离？
[活学活用] 1.如图所示，VABCD 是正棱锥，O 为 底面中心，E，F 分别为 BC，CD 的 中点．已知|AB|＝2，|VO|＝3，建立如 右所示空间直角坐标系，试分别写出各个顶点的坐标．
解：∵底面是边长为2的正方形， ∴|CE|＝|CF|＝1. ∵O点是坐标原点， ∴C(1,1,0)，同样的方法可以确定B(1，－1,0)，A(－1，－ 1,0)，D(－1,1,0)． ∵V在z轴上，∴V(0,0,3).
提示：d＝|PQ|＝ a－m2＋b－n2.
问题 3：若在空间中已知 P1(x1，y1，z1)，P2(x2，y2，z2) 如何求|P1P2|?
提示：与平面直角坐标系中两点的距离求法类似．
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[导入新知] 1．点 P(x，y，z)到坐标原点 O(0,0,0)的距离
2 2 2 x ＋ y ＋ z |OP|＝________________.
x1＋x2 y1＋y2 z1＋z2 P . ， ， 2 2 2
空间中点的坐标的确定
[例 1] 如图，在长方体 ABCD－
A1B1C1D1 中，E，F 分别是棱 BC，CC1 上 的 点 ， |CF| ＝ |AB| ＝ 2|CE| ， |AB| ∶ |AD| ∶ |AA1| ＝ 1 ∶ 2 ∶ 4. 试建立适当的坐 标系，写出 E，F 点的坐标．
的坐标，记作 M(x，y，z) ．其中 x 叫点 M 的横坐标， y 叫 点 M 的纵坐标， z 叫点 M 的竖坐标．
[化解疑难] 1．空间直角坐标系的建立 建立空间直角坐标系时，要考虑如何建系才能使点的 坐标简单、便于计算，一般是要使尽量多的点落在坐标轴 上，对于长方体或正方体，一般取相邻的三条棱所在的直 线为 x，y，z 轴建立空间直角坐标系． 2．空间直角坐标系的画法 (1)x 轴与 y 轴成 135° (或 45° )， x 轴与 z 轴成 135° (或 45° )． (2)y 轴垂直于 z 轴、y 轴和 z 轴的单位长相等，x 轴上 1 的单位长则等于 y 轴单位长的 . 2
理解教材新知
题型一
题型二 题型三
知识点一
知识点二
第 1 部 分
第 四 章
4.3
突破 常考 题型
跨越高分障碍
随堂即时演练
应用落实体验
课时达标检测
空间直角坐标系的建立及坐标表示
[提出问题] (1)如图数轴上 A 点、B 点．
(2)如图在平面直角坐标系中，P、Q 点的位置．
(3)下图是一个房间的示意图，我们如何表示板凳 和气球的位置？
空间中点的对称
[例2] (1)点A(1,2，－1)关于坐标平面xOy及x轴的对
称点的坐标分别是________． (2)已知点P(2,3，－1)关于坐标平面xOy的对称点为 P1，点P1关于坐标平面yOz的对称点为P2，点P2关于z轴的 对称点为P3，则点P3的坐标为________．
问题1：上述(1)中如何确定A、B两点的位置？
提示：利用A、B两点的坐标2和－2.
问题2：上述(2)中如何确定P、Q两点的位置？ 提示：利用P、Q两点的坐标(a，b)和(m，n)． 问题3：对于上述(3)中，空间中如何表示板凳和气 球的位置？
提示：可借助于平面坐标系的思想建立空间直角坐
标系，如图示．