2019-2020年高三数学一轮复习第八篇立体几何与空间向量第6节空间向量及其运算课件理(1)
所以 (x 1)2 (0 2)2 (0 1)2 = (x 2)2 (0 2)2 (0 2)2 ,
解得 x=3,所以点 P 的坐标为(3,0,0).
(3)对空间任一点 O,OP =x OA+yOB (x+y=1).
⑤数乘运算:λ a= (λ x1,λ y1,λ z1) (λ ∈R).
,a,b,c 都叫做
.
|a||b|.
(3)空间向量数量积的运算律 ①数乘结合律:(λ a)·b=λ (a·b) . ②交换律:a·b=b·a . ③分配律:a·(b+c)= a·b+a .
·c
2.P（- 1 ,0, 3 ）关于 y 轴的对称点为(
)
2
(A)（ 1 ,0,2
3）
(B)（- 1 ,0,2
所以|CM|=
2 2 ( 1 ) 2 32 2
=
53 2
.
(其
夯基自测
(3) MP + NC1 . C
解析:①中四点恰好围成一封闭图形,正确; ②中当a,b同向时,应有|a|+|b|=|a+b|,所以②不正确; ③中a,b所在直线可能重合,所以③不正确; ④中需满足x+y+z=1,才有P,A,B,C四点共面,④不正确. 故选C.
知识梳理
1.空间直角坐标系及有关概念 (1)空间直角坐标系 以空间一点O为原点,建立三条两两垂直的数轴:x轴、y轴、z轴.这时我们 说建立了一个空间直角坐标系Oxyz,其中点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 . (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M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,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 .
④对空间任意一点 O 与不共线的三点 A,B,C,若 OP =x OA +y OB +z OC
中 x,y,z∈R),则 P,A,B,C 四点共面.其中不正确命题的个数是(
)
(A)1 (B)2 (C)3 (D)4 解析:由题意知点 M 的坐标为（2,
3 ,3）, 2
所以 CM =（2,
1 ,3）. 2
| BD1 |= (b a c)2 = 2 ,| AC |= (a b)2 = 3 , 不共面
所以
cos<
BD1
,
AC
>=
|
BD1 BD1
||
AC AC
|
=
p1=xa+=yb+6z,c 2 3 6
所以 BD1 与 AC 的夹角的余弦值为 6 . 6
基底
基向量
2.空间两点间的距离公式、中点公式
⑥平行的充要条件:a∥b⇔ x1=λ x2,y1=λ y2,z1=λ z2(λ ∈R) . ⑦垂直的充要条件:a⊥b⇔ x1x2+y1y2+z1z2=0 .
2.证明空间四点共面的方法
对空间四点 P,M,A,B 可通过证明下列结论成立来证明四点共面
(1) MP =x MA +y MB ;
(3)对空间任一点 O, OP =x OM +y OA+z OB (x+y+z=1);
GN
,若
OG =x OA +y OB +z OC ,则 x,y,z 的值分别为
.
解析:因为 OG = OM + MG , OM = 1 2
OA , MG = 2 3
MN = ON - OM = 1 ( OB + OC )- 1
2
2
OA ,
所以 OG = 1 2
OA + 2 [ 1 ( OB + OC )- 1
;
(2)已知点 A(1,-2,1),B(2,2,2),点 P 在 x 轴上,且|PA|=|PB|,则点 P 的坐标
为
.
1.下列命题:
①若 A,B,C,D 是空间任意四点,则有 AB + BC + CD + DA =0; ②|a|-|b|=|a+b|是 a,b 共线的充要条件;
③若 a,b 共线,则 a 与 b 所在直线平行;
3）
(C)（ 1 ,0, 2
3）
(D)（- 1 ,0, 2
3）
(x,y,z)
(5)空间向量运算的坐标表示 设a=(x1,y1,z1),b=(x2,y2,z2),那么 ①加、减运算:a±b= (x1±x2,y1±y2,z1±z2) . ②数量积:a·b= x1x2+y1y2+z1z2 .
(2)设 P(x,0,0),因为|PA|=|PB|,
(2) A1N ;
答案: 1 , 1 , 1 633
5.在四面体 O ABC 中, OA =a, OB =b, OC =c,D 为 BC 的中点,E 为 AD 的中点,
则 OE =
(用 a,b,c 表示).
【典例】 (2015 中山模拟)如图所示,在各个面都是平行四边形的四棱柱
ABCD A1B1C1D1 中,M 是 CD1 的中点,点 Q 在 CA1 上,且 CQ∶QA1=4∶1,设 AB =a,
3.空间向量的有关概念
名称
空间向量
单位向量 零向量
相等向量 相反向量 共线向量 (或平行
向量) 共面向量
定义
在空间中,具有 大小和方向 的量叫做空间向量,向量 的大小叫做向量的 长度或模 .
模为 1 的向量
长度为 0 的向量
方向 相同 且模 相等 的向量 方向 相反 且模 相等 的向量 如果表示空间向量的有向线段所在的直线 互相平行 或重合 ,则这些向量叫做共线向量或平行向量,a平 行于b记作 a∥b .
【即时训练】 (2015 长春模拟)如图所示,已知空间(四2)根据空间两边点间距离公形式得|AB|= (O2a1)A2(B7a)2C(2,5)2其对角线
为
OB,AC,M,N
分别为
OA,BC
的中点,点
G
在线段
MN
=
上,且
5(a1)254≥3 6.所以,当
aM=-1时,|AGB|取最小值=3 62.
平行于同一个 平面 的向量叫做共面向量
4.空间向量的有关定理及推论 a=λ b
答案:(1)-2,03) (2)36
(3)解: BD1 = BD + DD1 = AD - AB +不AA共1 =线b-a+c, 所以 BD1 · AC =(b-a+c)·(a+b)
p=xa+yb
=a·b+b2-a2-a·b+c·a+b·c= 1 + 1 =1 22
是解析:(1)M.′(-2,-1,3),
该点在xOz上的投影M″(-2,0,3).
解: (3)因为 M 是 AA1 的中点,所以 MP = MA + AP = 1 2
A1 A + AP
=- 1 a+（a+c+ 1 b）= 1 a+ 1 b+c,
2
2
2
2
又
NC1
=
NC
+ CC1
=
1 2
BC
+
AA1
=
1 2
3.设 A(3,3,1),B(1,0,5),C(0,1,0),则 AB 的中点 M 到点 C 的距离|CM|等于
(
)
(A)
53 4
(B) 5 3 2
(C)
53 2
(D)
13 2
(4) PM ∥ AB (或 PA∥MB或 PB∥ AM ).
【即时训练】 (1)点 M(-8,6,1)关于 x 轴对称的点的坐标是
所以 A1N
=
A1 A +
AB + BN
=-a+b+ 1 2
BC
=-a+b+ 1 AD 2
=-a+b+ 1 c. 2
解析:(1)横坐标不变其余变为原来的相反数,
故为(-8,-6,-1).
(2)对空间任一点O,OP =OM +xMA+yMB;
答案: (1)(-8,-6,-1) (2)(3,0,0)
考点二 空间向量的线性运算
·
>
b
(2)两个向量数量积的性质和结论
已知两个非零向量a和b.
①a·e=|a|cos<a,e>(其中e为单位向量).
②a⊥b⇔ a·b= .
答案:
1
a+
1
0
b+
1
c
2
4
4 如果两个向量 a,b
,那么向量 p 与向量 a,b 共面的充要条
共面
a·a 向量
空间
向量
基本
定理
⑤|a·b|
≤
件是存在惟一的有序实数对 (x,y),使
(1)距离公式 ①设点 A(x1∠,yA1,OzB1),B(x2,y2,z2),则
a⊥b
[0,π ]
|AB|= (x1 x2)2 (y1 y2)2 (z1 z2)2 .
②两向量的数量积:已知两个非零向量a,b,则 |a||b|cos<a,b> 叫
做向量a,b的数量积,记作 a ,即 a·b=|a||b|cos<a,b .
4.已知a=(cos θ ,1,sin θ ),b=(sin θ ,1,cos θ ),则向量a+b与a-b的
高三数学一轮复习8.6空间向量及其应用精品课件人教版
中国人民大学附属中学
1．空间向量的概念 向量：在空间，我们把具有大小和方向的量 叫做向量。如位移、速度、力等； 相等向量：长度相等且方向相同的向量叫做 相等向量； 表示方法：用有向线段表示，并且同向且等 长的有向线段表示同一向量或相等的向量.
2．向量运算和运算率 OB OA AB a b BA OA OB a b
D1中，M为A1C1与B1D1的交点。若 AB a ,
，则下列向量中与 BM 相 AD b ，AA 1 c
等的向量是（ A ） (A) (B) (C)
1 1 a b c 2 2 1 1 a b c 2 2 1 1 a b c 2 2 1 1 a bc 2 2
D1 A1 M B1 C1
D A B
C
(D)
例4．已知两个非零向量 a =(a1，a2，a3), b =(b1，b2，b3)，它们平行的充要条件是 （ D ） A. a :| a | b :| b | B. a1· b1=a2· b2=a3· b3 C. a1b1+a2b2+a3b3=0 D. 存在非零实数k，使 a =k b
例7．已知空间三点A(－2，0，2)，B(－1, 1， 2), C(－3，0，4)。设 （1）求 a 和 b =a ， =b AB , AC
10 的夹角的余弦； 10
（2）若向量k a + b 与k或k 2 2
记作 a b
例1．有以下命题：①如果向量 a, b 与任何 向量不能构成空间向量的一组基底，那么 a, b 的关系是不共线；②O, A, B, C为空间 四点，且向量 OA, OB, OC 不构成空间的一 个基底，那么点O, A, B, C一定共面；③已 知向量 a, b, c 是空间的一个基底，则向 量 a b, a b, c ，也是空间的一个基底。其 中正确的命题是（ C ） (A) ①② (B) ①③ (C) ②③ (D) ①②③
高考高考数学一轮总复习第8章立体几何初步第六节空间向量的应用课件理
【例1】 (2014·北京海淀模拟)如图，在空间四边形OABC中， OA＝8，AB＝6，AC＝4，BC＝5，∠OAC＝45°，∠OAB ＝60°，则OA与BC所成角的余弦值为________.
[解题指导] 选定基底 → 向量运算 → 所求余弦值
解析 ∵B→C＝A→C－A→B，∴O→A·B→C＝O→A·(A→C－A→B)＝O→A·A→C
相反向量
方向__相__反__且_模__相__等___的向量
如果表示空间向量的有向线段所在的直线互__相__平__行___ 共线向量 或__重__合__，则称这些向量叫做共线向量或平行向量，
a平行于b，记作a∥b
共面向量
平行于_同__一__平__面__的向量叫共面向量
2.空间向量的有关定理
(1)共线向量定理：对空间任意两个向量a，b(b≠0)，a∥b的 充要条件是存在实数λ，使得a＝λb. (2)共面向量定理：如果两个向量a，b不共线，那么向量c与向 量a，b共面的充要条件是存在唯一的有序实数对(x，y)，使c ＝xa＋yb. (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_.其中，{a，b，c}叫做空间的一个_基__底____.
编后语
老师上课都有一定的思路，抓住老师的思路就能取得良好的学习效果。在上一小节中已经提及听课中要跟随老师的思路，这里再进一步论述听课时如何 抓住老师的思路。
① 根据课堂提问抓住老师的思路。老师在讲课过程中往往会提出一些问题，有的要求回答，有的则是自问自答。一般来说，老师在课堂上提出的问 题都是学习中的关键，若能抓住老师提出的问题深入思考，就可以抓住老师的思路。
高考总复习一轮数学精品课件 第8章 立体几何与空间向量 第6节 第2课时 面面夹角与空间距离
- = 0,
· = 0,
则
即
- + = 0,
· = 0,
令 z=1,则 x=1,y=1,即平面 ABD 的一个法向量 m=(1,1,1). ........................ 平面 PA2C2 的法向量为 n2=(x2,y2,z2),
2 ·2 2 = 22 + 2y2 -22 = 0,
则
取 z2=2,可得 x2=a-1,y2=3-a,
2 ·2 = 2y2 + (-3)2 = 0,
故 n2=(a-1,3-a,2). .............................................................................................. 8 分
到直线AD的距离为( A )
A.
2
2
1
B.
2
C.
3
3
1
D.
3
解析 空间四面体OABC满足∠AOB=∠BOC=∠COA=90°,
即OA,OB,OC两两垂直,以O为原点,OA,OB,OC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.
因为OA=1,OB=2,OC=3,OC=3OD,
则 A(1,0,0),D(0,0,1),G
空间距离(多考向探究预测)
考向1 点到直线的距离
例2(1)已知空间内三点A(1,1,2),B(-1,2,0),C(0,3,1),则点A到直线BC的距离是
( A )
A. 6
4 6
C. 3
B.1
2 3
D. 3
解析 由题可得, =(1,1,1),=(2,-1,2),
高考数学一轮复习 第8章 立体几何 第6节 空间向量及其运算课件 理
a＝(a1，a2，a3)，b＝(b1，b2，b3) a＋b＝ 8 _(_a_1_＋_b_1_，_a_2_＋__b_2，__a_3_＋__b_3)_____ a－b＝ 9 __(_a1_－__b_1，__a_2－__b_2_，__a_3－__b_3_) ____
数量积 共线 垂直
a·b＝a1b1＋a2b2＋a3b3 a∥b⇒ 10 ___a_1＝__λ_b_1，__a_2_＝_λ_b_2_，_a_3_＝__λ_b3____ (λ∈R，b≠0)
a⊥b⇔ 11 ___a_1_b1_＋__a_2b_2_＋__a3_b_3_＝_0____________
夹角公式
a1b1＋a2b2＋a3b3 cos〈a，b〉＝ 12 ____a_21_＋__a_22_＋__a_23___b_21_＋__b_22＋__b_23_
12/11/2021
第九页，共四十九页。
故选 C．
12/11/2021
第十七页，共四十九页。
2
12/11/2021
课 堂 ·考 点 突 破
第十八页，共四十九页。
考点一 空间向量及其运算
|题组突破|
1.如图所示，在平行六面体 ABCD－A1B1C1D1 中，M 为 A1C1 与 B1D1
的交点．若A→B＝a，A→D＝b，A→A1＝c，则下列向量中与B→M相等的是( )
►常用结论 a1＝λb1，
设 a＝(a1，a2，a3)，b＝(b1，b2，b3)，则 a∥b(b≠0)⇔a2＝λb2，这一形式不能随便 a3＝λb3.
写成ab11＝ab22＝ab33.只有在 b 与三个坐标轴都不平行时，才能这样写，这是因为：若 b 与坐 标平面 xOy 平行，则 b3＝0，这样ab33就无意义了．
【新高考】高三数学一轮基础复习讲义：第八章 8.6空间向量及运算-教师版
空间向量及运算判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”) (1)空间中任意两非零向量a ，b 共面．( √ ) (2)在向量的数量积运算中(a ·b )·c ＝a ·(b ·c )．( × ) (3)对于非零向量b ，由a ·b ＝b ·c ，则a ＝c .( × )(4)两向量夹角的范围与两异面直线所成角的范围相同．( × )(5)若A 、B 、C 、D 是空间任意四点，则有AB →＋BC →＋CD →＋DA →＝0.( √ ) 题型一 空间向量的线性运算例1 (1)如图，在四面体O －ABC 中，OA →＝a ，OB →＝b ，OC →＝c ，D 为BC 的中点，E 为AD 的中点，则OE →＝________.(用a ，b ，c 表示)答案 12a ＋14b ＋14c解析 OE →＝12OA →＋12OD →＝12OA →＋14OB →＋14OC →＝12a ＋14b ＋14c . (2)三棱锥O －ABC 中，M ，N 分别是OA ，BC 的中点，G 是△ABC 的重心，用基向量OA →，OB →，OC →表示MG →，OG →.解 MG →＝MA →＋AG →＝12OA →＋23AN →＝12OA →＋23(ON →－OA →)＝12OA →＋23[12(OB →＋OC →)－OA →] ＝－16OA →＋13OB →＋13OC →.OG →＝OM →＋MG →＝12OA →－16OA →＋13OB →＋13OC →＝13OA →＋13OB →＋13OC →. 思维升华 用已知向量表示某一向量的方法用已知向量来表示未知向量，一定要结合图形，以图形为指导是解题的关键．要正确理解向量加法、减法与数乘运算的几何意义．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．在立体几何中三角形法则、平行四边形法则仍然成立．如图所示，在空间几何体ABCD －A 1B 1C 1D 1中，各面为平行四边形，设AA 1→＝a ，AB →＝b ，AD →＝c ，M ，N ，P 分别是AA 1，BC ，C 1D 1的中点，试用a ，b ，c 表示以下各向量：(1)AP →； (2)MP →＋NC 1→.解 (1)因为P 是C 1D 1的中点， 所以AP →＝AA 1→＋A 1D 1→＋D 1P → ＝a ＋AD →＋12D 1C 1→＝a ＋c ＋12AB →＝a ＋c ＋12b .(2)因为M 是AA 1的中点， 所以MP →＝MA →＋AP →＝12A 1A →＋AP →＝－12a ＋(a ＋c ＋12b )＝12a ＋12b ＋c . 又NC 1→＝NC →＋CC 1→＝12BC →＋AA 1→＝12AD →＋AA 1→＝12c ＋a ， 所以MP →＋NC 1→＝(12a ＋12b ＋c )＋(a ＋12c )＝32a ＋12b ＋32c . 题型二 共线定理、共面定理的应用例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． (1)求证：E ，F ，G ，H 四点共面； (2)求证：BD ∥平面EFGH ；(3)设M 是EG 和FH 的交点，求证：对空间任一点O ，有OM →＝14(OA →＋OB →＋OC →＋OD →)．证明 (1)连接BG ，则EG →＝EB →＋BG → ＝EB →＋12(BC →＋BD →)＝EB →＋BF →＋EH → ＝EF →＋EH →，由共面向量定理的推论知E ，F ，G ，H 四点共面． (2)因为EH →＝AH →－AE →＝12AD →－12AB → ＝12(AD →－AB →)＝12BD →， 所以EH ∥BD .又EH ⊂平面EFGH ，BD ⊄平面EFGH ， 所以BD ∥平面EFGH .(3)找一点O ，并连接OM ，OA ，OB ，OC ，OD ，OE ，OG .由(2)知EH →＝12BD →，同理FG →＝12BD →，所以EH →＝FG →，即EH 綊FG ， 所以四边形EFGH 是平行四边形， 所以EG ，FH 交于一点M 且被M 平分． 故OM →＝12(OE →＋OG →)＝12OE →＋12OG → ＝12[12(OA →＋OB →)]＋12[12(OC →＋OD →)] ＝14(OA →＋OB →＋OC →＋OD →)． 思维升华 (1)证明空间三点P ，A ，B 共线的方法 ①P A →＝λPB →(λ∈R )；②对空间任一点O ，OP →＝OA →＋tAB →(t ∈R )； ③对空间任一点O ，OP →＝xOA →＋yOB →(x ＋y ＝1)． (2)证明空间四点P ，M ，A ，B 共面的方法 ①MP →＝xMA →＋yMB →；②对空间任一点O ，OP →＝OM →＋xMA →＋yMB →；③对空间任一点O ，OP →＝xOM →＋yOA →＋zOB →(x ＋y ＋z ＝1)； ④PM →∥AB →(或P A →∥MB →或PB →∥AM →)．已知A ，B ，C 三点不共线，对平面ABC 外的任一点O ，若点M 满足OM →＝13(OA →＋OB →＋OC →)．(1)判断MA →，MB →，MC →三个向量是否共面； (2)判断点M 是否在平面ABC 内． 解 (1)由题意知OA →＋OB →＋OC →＝3OM →， ∴OA →－OM →＝(OM →－OB →)＋(OM →－OC →) 即MA →＝BM →＋CM →＝－MB →－MC →， ∴MA →，MB →，MC →共面．(2)由(1)知MA →，MB →，MC →共面且基线过同一点M ， ∴M ，A ，B ，C 四点共面． 从而点M 在平面ABC 内． 题型三 空间向量数量积的应用例3 已知平行六面体ABCD －A 1B 1C 1D 1中，底面ABCD 是边长为1的正方形，AA 1＝2，∠A 1AB ＝∠A 1AD ＝120°. (1)求线段AC 1的长；(2)求异面直线AC 1与A 1D 所成角的余弦值； (3)求证：AA 1⊥BD .(1)解 设AB →＝a ，AD →＝b ，AA 1→＝c ，则|a |＝|b |＝1，|c |＝2，a ·b ＝0，c ·a ＝c ·b ＝2×1×cos 120°＝－1. ∵AC 1→＝AC →＋CC 1→＝AB →＋AD →＋AA 1→＝a ＋b ＋c ， ∴|AC 1→|＝|a ＋b ＋c |＝(a ＋b ＋c )2＝|a |2＋|b |2＋|c |2＋2(a ·b ＋b ·c ＋c ·a ) ＝12＋12＋22＋2(0－1－1)＝ 2. ∴线段AC 1的长为 2.(2)解 设异面直线AC 1与A 1D 所成的角为θ， 则cos θ＝|cos 〈AC 1→，A 1D →〉|＝⎪⎪⎪⎪⎪⎪AC 1→·A 1D →|AC 1→||A 1D →|.∵AC 1→＝a ＋b ＋c ，A 1D →＝b －c ，∴AC 1→·A 1D →＝(a ＋b ＋c )·(b －c )＝a ·b －a ·c ＋b 2－c 2＝0＋1＋12－22＝－2， |A 1D →|＝(b －c )2＝|b |2－2b ·c ＋|c |2 ＝12－2×(－1)＋22＝7.∴cos θ＝⎪⎪⎪⎪⎪⎪AC 1→·A 1D →|AC 1→||A 1D →＝|－22×7|＝147. 故异面直线AC 1与A 1D 所成角的余弦值为147. (3)证明 ∵AA 1→＝c ，BD →＝b －a ，∴AA 1→·BD →＝c ·(b －a )＝c ·b －c ·a ＝(－1)－(－1)＝0， ∴AA 1→⊥BD →，∴AA 1⊥BD .思维升华 (1)利用向量的数量积可证明线段的垂直关系，也可以利用垂直关系，通过向量共线确定点在线段上的位置；(2)利用夹角公式，可以求异面直线所成的角，也可以求二面角； (3)可以通过|a |＝a 2，将向量的长度问题转化为向量数量积的问题求解．如图，在平行六面体ABCD －A 1B 1C 1D 1中，以顶点A 为端点的三条棱长度都为1，且两两夹角为60°.(1)求AC 1→的长；(2)求BD 1→与AC →夹角的余弦值． 解 (1)记AB →＝a ，AD →＝b ，AA 1→＝c ，则|a |＝|b |＝|c |＝1，〈a ，b 〉＝〈b ，c 〉＝〈c ，a 〉＝60°， ∴a ·b ＝b ·c ＝c ·a ＝12.|AC 1→|2＝(a ＋b ＋c )2＝a 2＋b 2＋c 2＋2(a ·b ＋b ·c ＋c ·a )＝1＋1＋1＋2×(12＋12＋12)＝6，∴|AC 1→|＝6，即AC 1的长为 6. (2)BD 1→＝b ＋c －a ，AC →＝a ＋b ， ∴|BD 1→|＝2，|AC →|＝3， BD 1→·AC →＝(b ＋c －a )·(a ＋b ) ＝b 2－a 2＋a ·c ＋b ·c ＝1，∴cos 〈BD 1→，AC →〉＝BD 1→·AC →|BD 1→||AC →|＝66.即BD 1→与AC →夹角的余弦值为66.1.空间向量的有关概念2.(1)共线向量定理空间两个向量a 与b (b ≠0)共线的充要条件是存在实数λ，使得a ＝λb . (2)共面向量定理共面向量定理的向量表达式：p ＝x a ＋y b ，其中x ，y ∈R ，a ，b 为不共线向量． (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 ，{a ，b ，c }叫做空间的一个基底． 3．空间向量的数量积及运算律 (1)数量积及相关概念①两向量的夹角已知两个非零向量a ，b ，在空间任取一点O ，作OA →＝a ，OB →＝b ，则∠AOB 叫做向量a ，b 的夹角，记作〈a ，b 〉，其范围是0≤〈a ，b 〉≤π，若〈a ，b 〉＝π2，则称a 与b 互相垂直，记作a ⊥b .②两向量的数量积已知空间两个非零向量a ，b ，则|a ||b |cos 〈a ，b 〉叫做向量a ，b 的数量积，记作a ·b ，即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 . 4．空间向量的坐标表示及其应用 设a ＝(a 1，a 2，a 3)，b ＝(b 1，b 2，b 3).(1)向量三点共线定理：在平面中A 、B 、C 三点共线的充要条件是：OA →＝xOB →＋yOC →(其中x ＋y ＝1)，O 为平面内任意一点．(2)向量四点共面定理：在空间中P 、A 、B 、C 四点共面的充要条件是：OP →＝xOA →＋yOB →＋zOC →(其中x ＋y ＋z ＝1)，O 为空间中任意一点．典例 如图，已知直三棱柱ABC －A 1B 1C 1，在底面△ABC 中，CA ＝CB ＝1，∠BCA ＝90°，棱AA 1＝2，M ，N 分别是A 1B 1，A 1A 的中点．(1)求BN →的模；(2)求cos 〈BA 1→，CB 1→〉的值； (3)求证：A 1B ⊥C 1M .思想方法指导 利用向量解决立体几何问题时，首先要将几何问题转化成向量问题，通过建立坐标系利用向量的坐标进行求解． 规范解答(1)解 如图，建立空间直角坐标系．依题意得B (0,1,0)，N (1,0,1)，所以|BN →|＝(1－0)2＋(0－1)2＋(1－0)2＝ 3.[3分](2)解 依题意得A 1(1,0,2)，B (0,1,0)，C (0,0,0)，B 1(0，1,2)． 所以BA 1→＝(1，－1,2)，CB 1→＝(0,1,2)， BA 1→·CB 1→＝3，|BA 1→|＝6，|CB 1→|＝5， 所以cos 〈BA 1→，CB 1→〉＝BA 1→·CB 1→|BA 1→||CB 1→|＝3010. [8分](3)证明 依题意得C 1(0,0,2)，M (12，12，2)，A 1B →＝(－1,1，－2)， C 1M →＝(12，12，0)．[10分]所以A 1B →·C 1M →＝－12＋12＋0＝0，所以A 1B →⊥C 1M →，即A 1B ⊥C 1M .[14分]1．已知正四面体ABCD 的棱长为a ，点E ，F 分别是BC ，AD 的中点，则AE →·AF →的值为( ) A ．a 2 B.12a 2 C.14a 2 D.34a 2答案 C 解析 如图，设AB →＝a ，AC →＝b ，AD →＝c ，则|a |＝|b |＝|c |＝a ，且a ，b ，c 三向量两两夹角为60°.AE →＝12(a ＋b )，AF →＝12c ， ∴AE →·AF →＝12(a ＋b )·12c ＝14(a ·c ＋b ·c )＝14(a 2cos 60°＋a 2cos 60°)＝14a 2.2．向量a ＝(－2，－3,1)，b ＝(2,0,4)，c ＝(－4，－6,2)，下列结论正确的是( ) A ．a ∥b ，a ∥c B ．a ∥b ，a ⊥c C ．a ∥c ，a ⊥b D ．以上都不对答案 C解析 因为c ＝(－4，－6,2)＝2(－2，－3,1)＝2a ， 所以a ∥c .又a ·b ＝(－2)×2＋(－3)×0＋1×4＝0， 所以a ⊥b .故选C.3．与向量(－3，－4,5)共线的单位向量是__________________________________． 答案 ⎝⎛⎭⎫3210，225，－22和⎝⎛⎭⎫－3210，－225，22 解析 因为与向量a 共线的单位向量是±a|a |，又因为向量(－3，－4,5)的模为(－3)2＋(－4)2＋52＝52，所以与向量(－3，－4,5)共线的单位向量是±152(－3，－4，5)＝±210(－3，－4,5)．4．正四面体ABCD 的棱长为2，E ，F 分别为BC ，AD 中点，则EF 的长为________． 答案2解析 |EF →|2＝EF →2＝(EC →＋CD →＋DF →)2＝EC →2＋CD →2＋DF →2＋2(EC →·CD →＋EC →·DF →＋CD →·DF →)＝12＋22＋12＋2(1×2×cos 120°＋0＋2×1×cos 120°)＝2， ∴|EF →|＝2，∴EF 的长为 2.1．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 ．2 D ．3 答案 A解析 a 与b 共线，a ，b 所在的直线也可能重合，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不正确；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.2．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等于( ) A ．9 B ．－9 C ．－3 D ．3 答案 B解析 由题意知c ＝x a ＋y b ， 即(7,6，λ)＝x (2,1，－3)＋y (－1,2,3)， ∴⎩⎪⎨⎪⎧2x －y ＝7，x ＋2y ＝6，－3x ＋3y ＝λ，解得λ＝－9. 3．已知a ＝(－2,1,3)，b ＝(－1,2,1)，若a ⊥(a －λb )，则实数λ的值为( ) A ．－2 B ．－143 C.145 D ．2答案 D解析 由题意知a ·(a －λb )＝0，即a 2－λa ·b ＝0， 所以14－7λ＝0，解得λ＝2.4.如图，在大小为45°的二面角A －EF －D 中，四边形ABFE ，CDEF 都是边长为1的正方形，则B ，D 两点间的距离是( )A. 3B. 2 C ．1 D.3－ 2 答案 D解析 ∵BD →＝BF →＋FE →＋ED →，∴|BD →|2＝|BF →|2＋|FE →|2＋|ED →|2＋2BF →·FE →＋2FE →·ED →＋2BF →·ED → ＝1＋1＋1－2＝3－2， 故|BD →|＝3－ 2.5．已知a ，b 是异面直线，A ，B ∈a ，C ，D ∈b ，AC ⊥b ，BD ⊥b 且AB ＝2，CD ＝1，则异面直线a ，b 所成的角等于( )A ．30°B ．45°C ．60°D ．90° 答案 C 解析 如图，设AC →＝a ，CD →＝b ，DB →＝c ，则AB →＝a ＋b ＋c ， 所以cos 〈AB →，CD →〉＝(a ＋b ＋c )·b |a ＋b ＋c ||b |＝12，所以异面直线a ，b 所成的角等于60°， 故选C.6．正方体ABCD －A 1B 1C 1D 1的棱长为a ，点M 在AC 1上且AM →＝12MC 1→，N 为B 1B 的中点，则|MN →|为( ) A.216a B.66a C.156a D.153a 答案 A解析 以D 为原点建立如图所示的空间直角坐标系Dxyz ，则A (a ，0,0)，C 1(0，a ，a )，N (a ，a ，a2)．设M (x ，y ，z )， ∵点M 在AC 1上且AM →＝12MC 1→， ∴(x －a ，y ，z )＝12(－x ，a －y ，a －z )，∴x ＝23a ，y ＝a 3，z ＝a 3.∴M (2a 3，a 3，a 3)，∴|MN →|＝(a －23a )2＋(a －a 3)2＋(a 2－a 3)2＝216a . 7．A ，B ，C ，D 是空间不共面四点，且AB →·AC →＝0，AC →·AD →＝0，AB →·AD →＝0，则△BCD 的形状是________三角形．(填锐角、直角、钝角中的一个) 答案 锐角解析 因为BC →·BD →＝(AC →－AB →)·(AD →－AB →) ＝AC →·AD →－AC →·AB →－AB →·AD →＋AB →2 ＝AB →2>0，所以∠CBD 为锐角．同理∠BCD ，∠BDC 均为锐角．8．设O －ABC 是四面体，G 1是△ABC 的重心，G 是OG 1上的一点，且OG ＝3GG 1，若OG →＝xOA →＋yOB →＋zOC →，则x ，y ，z 的值分别为______________． 答案 14，14，14解析 如图所示，取BC 的中点E ，连接AE . OG →＝34OG 1→＝34(OA →＋AG 1→)＝34OA →＋12AE → ＝34OA →＋14(AB →＋AC →) ＝34OA →＋14(OB →－OA →＋OC →－OA →) ＝14(OA →＋OB →＋OC →)， ∴x ＝y ＝z ＝14.9．已知ABCD －A 1B 1C 1D 1为正方体， ①(A 1A →＋A 1D 1→＋A 1B 1→)2＝3A 1B 1→2； ②A 1C →·(A 1B 1→－A 1A →)＝0；③向量AD 1→与向量A 1B →的夹角是60°；④正方体ABCD －A 1B 1C 1D 1的体积为|AB →·AA 1→·AD →|. 其中正确的序号是________． 答案 ①②解析 ①中，(A 1A →＋A 1D 1→＋A 1B 1→)2＝A 1A →2＋A 1D 1→2＋A 1B 1→2＝3A 1B 1→2，故①正确；②中，A 1B 1→－A 1A →＝AB 1→，因为AB 1⊥A 1C ，故②正确；③中，两异面直线A 1B 与AD 1所成的角为60°，但AD 1→与A 1B →的夹角为120°，故③不正确；④中，|AB →·AA 1→·AD →|＝0，故④也不正确．*10.如图，在平行六面体ABCD －A 1B 1C 1D 1中，点M ，P ，Q 分别为棱AB ，CD ，BC 的中点，若平行六面体的各棱长均相等，则 ①A 1M ∥D 1P ； ②A 1M ∥B 1Q ； ③A 1M ∥平面DCC 1D 1；④A 1M ∥平面D 1PQB 1.以上正确说法的个数为________．答案 3解析 A 1M →＝A 1A →＋AM →＝A 1A →＋12AB →，D 1P →＝D 1D →＋DP →＝A 1A →＋12AB →，∴A 1M →∥D 1P →，∴A 1M ∥D 1P ，由线面平行的判定定理可知， A 1M ∥平面DCC 1D 1，A 1M ∥平面D 1PQB 1. ①③④正确．11.如图所示，已知空间四边形ABCD 的每条边和对角线长都等于1，点E ，F ，G 分别是AB ，AD ，CD 的中点，计算：(1)EF →·BA →； (2)EF →·DC →； (3)EG 的长；(4)异面直线AG 与CE 所成角的余弦值． 解 (1)设AB →＝a ，AC →＝b ，AD →＝c ，则|a |＝|b |＝|c |＝1，〈a ，b 〉＝〈b ，c 〉＝〈c ，a 〉＝60°， EF →＝12BD →＝12c －12a ，BA →＝－a ，DC →＝b －c .EF →·BA →＝⎝⎛⎭⎫12c －12a ·(－a ) ＝12a 2－12a·c ＝14. (2)EF →·DC →＝12(c －a )·(b －c )＝12(b·c －a·b －c 2＋a·c )＝－14. (3)EG →＝EB →＋BC →＋CG →＝12a ＋b －a ＋12c －12b＝－12a ＋12b ＋12c ，|EG →|2＝14a 2＋14b 2＋14c 2－12a·b ＋12b·c －12c·a ＝12，则|EG →|＝22.(4)AG →＝12b ＋12c ，CE →＝CA →＋AE →＝－b ＋12a ，cos 〈AG →，CE →〉＝AG →·CE →|AG →||CE →|＝－23，由于异面直线所成角的范围是⎝⎛⎦⎤0，π2， 所以异面直线AG 与CE 所成角的余弦值为23.*12.直三棱柱ABC —A ′B ′C ′中，AC ＝BC ＝AA ′，∠ACB ＝90°，D 、E 分别为AB 、BB ′的中点．(1)求证：CE ⊥A ′D ；(2)求异面直线CE 与AC ′所成角的余弦值．(1)证明 设CA →＝a ，CB →＝b ，CC ′—→＝c ，根据题意得，|a |＝|b |＝|c |，且a·b ＝b·c ＝c·a ＝0，∴CE →＝b ＋12c ，A ′D —→＝－c ＋12b －12a . ∴CE →·A ′D —→＝－12c 2＋12b 2＝0. ∴CE →⊥A ′D —→，即CE ⊥A ′D .(2)解 ∵AC ′—→＝－a ＋c ，|AC ′—→|＝2|a |，|CE →|＝52|a |. AC ′→·CE →＝(－a ＋c )·⎝⎛⎭⎫b ＋12c ＝12c 2＝12|a |2， ∴cos 〈AC ′→，CE →〉＝12|a |22·52|a |2＝1010. 即异面直线CE 与AC ′所成角的余弦值为1010. 13．如图，在正方体ABCD －A 1B 1C 1D 1中，AA 1→＝a ，AB →＝b ，AD →＝c ，点M ，N 分别是A 1D ，B 1D 1的中点．(1)试用a ，b ，c 表示MN →；(2)求证：MN ∥平面ABB 1A 1.(1)解 ∵A 1D →＝AD →－AA 1→＝c －a ， ∴A 1M →＝12A 1D →＝12(c －a )． 同理，A 1N →＝12(b ＋c )， ∴MN →＝A 1N →－A 1M →＝12(b ＋c )－12(c －a )＝12(b ＋a )＝12a ＋12b . (2)证明 ∵AB 1→＝AA 1→＋AB →＝a ＋b ， ∴MN →＝12AB 1→，即MN ∥AB 1， ∵AB 1⊂平面ABB 1A 1，MN ⊄平面ABB 1A 1， ∴MN ∥平面ABB 1A 1.。
高考数学一轮复习第八章立体几何第6节空间向量及运算课件理
⑦cos〈a，b〉＝
a1b1＋a2b2＋a3b3
.
a21＋a22＋a32· b12＋b22＋b23
1．判断下列结论的正误．(正确的打“√”，错误的打
“×”)
(1)空间中任意两非零向量 a，b 共面．(
)
(2)若 A，B，C，D 是空间任意四点，则有A→B＋B→C＋C→D＋
D→A＝0.(
)
(3)对于向量 a，b，若 a·b＝0，则一定有 a＝0 或 b＝0.(
B．(－1，－3,2)
C.－12，32，－1
D．( 2，－3，－2 2)
[解析] 可知－12a＝－12，32，－1，选 C.
[答案] C
4．若向量 a＝(2,2,0)，b＝(1,3，z)，且〈a，b〉＝π3，则
实数 z＝(
)
A. 22
B．5
C．± 22
D．±5
[解析] ∵cos〈a，b〉＝cosπ3＝|aa|· ·|bb|
其中真命题的个数是(
)
A．1
B．2
C．3
D．4
[解析] ①正确，②中若 a，b 共线，p 与 a 不共线，则 p ＝xa＋yb 就不成立．③正确．④中若 M，A，B 共线，点 P 不在此直线上，则M→P＝xM→A＋yM→B不正确．
[答案] B
6．已知 a＝(1－t,1－t，t)，b＝(2，t，t)，则|b－a|的最小 值为________．
)
(4)若 a·b<0，则〈a，b〉是钝角．(
)
(5) 两 向 量 夹 角 的 范 围 与 两 异 面 直 线 所 成 角 的 范 围 相
同．(
)
[答案] (1)√ (2)√ (3)× (4)× (5)×
【创新设计】高考数学一轮总复习 第八篇 第6讲 空间中向量的概念和运算课件 理 湘教版
【助学·微博】 一种方法 用空间向量解决几何问题的一般方法步骤是： (1)适当的选取基底{a，b，c}； (2)用a，b，c表示相关向量； (3)通过运算完成证明或计算问题．
两个理解
(1)共线向量定理还可以有以下几种形式：
①a＝λb(b≠0)⇒a∥b；
②空间任意两个向量，共线的充要条件是存在 λ，μ∈R 使 λa＝μb.
(3)设 M 是 EG 和 FH 的交点，求证：对空间任一点 O，有O→M
＝14(O→A＋O→B＋O→C＋O→D)．
[审题视点] 对于(1)只要证出E→G＝E→F＋E→H即可；对于(2)只 要证出向量B→D与E→H共线即可；对于(3)，易知四边形 EFGH 为平行四边形，则点 M 为线段 EG 与 FH 的中点，于是向量 O→M可由向量O→G和O→E表示，再将O→G与O→E分别用向量O→C， O→D和向量O→A，O→B表示．
考向三 空间向量数量积的应用
【例3】►已知空间四边形OABC中，M为BC的中点，N为 AC的中点，P为OA的中点，Q为OB的中点，若AB＝ OC，求证：PM⊥QN.
[审题视点] 欲证 PM⊥QN，只要证明P→M·Q→N＝0 即可．
证明 如图所示，设O→A＝a，O→B＝b，O→C＝c. ∵O→M＝12(O→B＋O→C)＝12(b＋c)， O→N＝12(O→A＋O→C)＝12(a＋c)，
( )．
A．充分不必要条件 C．充要条件
B．必要不充分条件 D．既不充分也不必要条件
解析 a＝λb⇒a∥b，但ba＝ ≠00， ， 则 a∥b，a≠λb.
答案 A
5．在四面体 O-ABC 中，O→A＝a，O→B＝b，O→C＝c，D 为 BC 的中点，E 为 AD 的中点，则O→E＝________(用 a，b，c 表示)． 解析 如图，O→E＝12O→A＋12O→D ＝12O→A＋14O→B＋14O→C＝12a＋14b＋14c. 答案 12a＋14b＋14c
2020届高三数学第一轮复习 空间向量及其运算课件 新人教B版 精品
名师伴你行
【分析】根据空间向量加减法及数乘运算的法则和运 算律即可.
【解析】（1）∵P是C1D1的中点，
∴AP=AA1+A1D1+D1P=a+AD+ 12D1C1
=a+c+ 1 AB=a+c+ 1 b.
2
2
(2)∵N是BC的中点,
∴A1N=A1A+AB+BN=-a+b+
1BC
2
=-a+b+ 1 AD=-a+b+ 1 c.
4.空间向量的直角坐标运算
(1)已知a=(x1,y1,z1),b=(x2,y2,z2)，则 ①a+b= ( x1+x2,y1+y2,z1+z2) ; ②a-b= (x1-x2,y1-y2,z1-z2) ; ③λa= (λx1,λy1,λz1) ;(4)a·b= x1x2+y1y2+z1z2.
返回目录
返回目录
2.空间向量向量a,b( b≠0 ),a∥b的充
要条件是 存在唯一的 实数x,使 a=xb
.
(2)共面向量定理：如果两个向量a,b 不共线 ，则向量c 与向量a,b共面的充要条件是 存在唯一 的一对实数 x,y，使c= xa+yb .
(3)空间向量分解定理：如果三个向量a,b,c 不共面 ， 那么对空间任一向量p, 存在一个唯一的 有序实数组 x,y,z，使p= xa+yb+zc ，这时a,b,c叫作空间的一 个 基底 ，记作{a,b,c}，其中a,b,c都叫作 基向量 .
名师伴你行
(2)若点A(x1,y1,z1),点B(x2,y2,z2)，则AB=(x2-x1,y2-y1,z2-z1) .
高考数学一轮复习第八章立体几何第六节利用空间向量求空间角课件理
(2)建系的基本思想是寻找其中的线线垂直关系，在没有现成 的垂直关系时要通过其他已知条件得到垂直关系，在此基础上选 择一个合理的位置建立空间直角坐标系．
[易错防范] 1．利用向量求角，一定要注意将向量夹角转化为各空间 角．因为向量夹角与各空间角的定义、范围不同． 2．求二面角要根据图形确定所求角是锐角还是钝角．
答案：13
4．在正方体 ABCD-A1B1C1D1 中，点 E 为 BB1 的中点，则平 面 A1ED 与平面 ABCD 所成的锐二面角的余弦值为________．
解析：以 A 为原点建立如图所示的空间直角坐标系，设棱长 为 1，
则 A1(0,0,1)，E1，0，12，D(0，1,0)，
以 B 为原点，分别以
的方向为 x 轴、y 轴、z 轴的
正方向建立空间直角坐标系，则 A(0,0,2)，B(0,0,0)，E(2,0,0)，
F(2,2,1)．
因为 AB⊥平面 BEC，所以 ＝(0,0,2)为平面 BEC 的法向量． 设 n＝(x，y，z)为平面 AEF 的法向量．
所以平面 AEF 与平面 BEC 所成锐二面角的余弦值为23.
A(0，－ 3，0)，E(1,0， 2)，F－1，0， 22，C(0， 3，0)，
所以直线
AE
与直线
CF
所成角的余弦值为
3 3.
[解题模板] 利用向量法求异面直线所成角的步骤
直三棱柱 ABC-A1B1C1 中，∠BCA＝90°，M，N 分别是 A1B1，
A1C1 的中点，BC＝CA＝CC1，则 BM 与 AN 所成角的余弦值为( )
接 EG，FG，EF.在菱形 ABCD 中，不妨设 GB＝1.
由∠ABC＝120°，可得 AG＝GC＝ 3.
高考数学一轮复习第八章立体几何8.6空间向量及其运算和空间位置关系学案理
§8.6 空间向量及其运算和空间位置关系考纲展示►1.了解空间直角坐标系，会用空间直角坐标表示点的位置． 2．会推导空间两点间的距离公式．3．了解空间向量的概念，了解空间向量的基本定理及其意义，掌握空间向量的正交分解及其坐标表示．4．掌握空间向量的线性运算及其坐标表示．5．掌握空间向量的数量积及其坐标表示，能运用向量的数量积判断向量的共线与垂直． 6．理解直线的方向向量与平面的法向量．7．能用向量语言表述直线与直线、直线与平面、平面与平面的垂直、平行关系． 8．能用向量方法证明有关直线和平面关系的一些定理(包括三垂线定理)．考点1 空间向量的线性运算空间向量的有关概念(1)空间向量：在空间中，具有________和________的量叫做空间向量． (2)相等向量：方向________且模________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____________的向量． (4)共面向量：________________的向量． 答案：(1)大小 方向 (2)相同 相等 (3)平行或重合 (4)平行于同一个平面(1)[教材习题改编]已知在空间四边形ABCD 中，G 为CD 的中点，则化简AB →＋12(BD →＋BC →)＝________.答案：AG →解析：AB →＋12(BD →＋BC →)＝AB →＋BG →＝AG →.(2)[教材习题改编]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的交点．若AB →＝a ，AD →＝b ，AA 1→＝c ，则BM →可用a ，b ，c 表示为________．答案：－12a ＋12b ＋c解析：由图可知，BM →＝BB 1→＋B 1M →＝BB 1→＋12B 1D 1→＝BB 1→＋12(A 1D 1→－A 1B 1→)＝c ＋12(b －c )＝－12a ＋12b＋c .[典题1] (1)[2017·河南郑州模拟]如图所示，已知空间四边形OABC ，其对角线为OB ，AC ，M ，N 分别为OA ，BC 的中点，点G 在线段MN 上，且MG →＝2GN →，若OG →＝xOA →＋yOB →＋zOC →，则x ＋y ＋z ＝________.[答案] 56[解析] 设OA →＝a ，OB →＝b ，OC →＝c ， 则MN →＝ON →－OM →＝12(OB →＋OC →)－12OA →＝12b ＋12c －12a ， OG →＝OM →＋MG →＝12OA →＋23MN →23⎝⎭222＝16a ＋13b ＋13c . 又OG →＝xOA →＋yOB →＋zOC →， 所以x ＝16，y ＝13，z ＝13，因此x ＋y ＋z ＝16＋13＋13＝56.(2)如图所示，在空间几何体ABCD －A 1B 1C 1D 1中，各面为平行四边形，设AA 1→＝a ，AB →＝b ，AD→＝c ，M ，N ，P 分别是AA 1，BC ，C 1D 1的中点，试用a ，b ，c 表示以下各向量：①AP →； ②MP →＋NC 1→.[解] ①因为P 是C 1D 1的中点，所以AP →＝AA 1→＋A 1D 1→＋D 1P →＝a ＋AD →＋12D 1C 1→＝a ＋c ＋12AB →＝a ＋c ＋12b .②因为M 是AA 1的中点， 所以MP →＝MA →＋AP →＝12A 1A →＋AP →2⎝⎭2＝12a ＋12b ＋c . 又NC 1→＝NC →＋CC 1→＝12BC →＋AA 1→＝12AD →＋AA 1→＝12c ＋a ， 所以MP →＋NC 1→＝⎝ ⎛⎭⎪⎫12a ＋12b ＋c＋⎝ ⎛⎭⎪⎫a ＋12c＝32a ＋12b ＋32c . [点石成金] 用已知向量表示某一向量的方法用已知向量来表示未知向量，一定要结合图形，以图形为指导是解题的关键．要正确理解向量加法、减法与数乘运算的几何意义．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．在立体几何中三角形法则、平行四边形法则仍然成立．考点2 共线、共面向量定理的应用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 ＝λb .(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 ，存在一个唯一的有序实数组{x ，y ，z }使得p ＝x a ＋y b ＋z c .空间向量理解的误区：共线；共面． 给出下列命题：①若向量a ，b 共线，则向量a ，b 所在的直线平行； ②若三个向量a ，b ，c 两两共面，则向量a ，b ，c 共面；③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 ；④若A ，B ，C ，D 是空间任意四点，则有AB →＋BC →＋CD →＋DA →＝0.其中为真命题的是________. 答案：④解析：若a 与b 共线，则a ，b 所在的直线可能平行也可能重合，故①不正确；三个向量a ，b ，c 中任两个一定共面，但三个却不一定共面，故②不正确；只有当a ，b ，c 不共面时，空间任意一个向量p 才一定能表示为p ＝x a ＋y b ＋z c ，故③不正确；据向量运算法则可知④正确.[典题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)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． (2)EH →＝AH →－AE →＝12AD →－12AB →＝12(AD →－AB →)＝12BD →. 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 .[点石成金] 应用共线(面)向量定理、证明点共线(面)的方法比较三点(P ，A ，B )共线空间四点(M ，P ，A ，B )共面 PA →＝λPB →MP →＝xMA →＋yMB →对空间任一点O ，OP →＝OA →＋tAB →对空间任一点O ，OP →＝OM →＋xMA →＋yMB →对空间任一点O ，OP →＝xOA →＋(1－x ) OB →对空间任一点O ，OP →＝xOM →＋yOA →＋(1－x －y ) OB →如图所示，已知斜三棱柱ABC －A 1B 1C 1，点M ，N 分别在AC 1和BC 上，且满足AM →＝kAC 1→，BN →＝kBC →(0≤k ≤1)．向量MN →是否与向量AB →，AA 1→共面？解：∵AM →＝kAC 1→，BN →＝kBC →，∴MN →＝MA →＋AB →＋BN → ＝kC 1A →＋AB →＋kBC →＝k (C 1A →＋BC →)＋AB → ＝k (C 1A →＋B 1C 1→)＋AB → ＝kB 1A →＋AB →＝AB →－kAB 1→＝AB →－k (AA 1→＋AB →) ＝(1－k )AB →－kAA 1→，∴由共面向量定理知，向量MN →与向量AB →，AA 1→共面．考点3 利用向量证明平行与垂直问题向量法证明平行与垂直 (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________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________个，它们是共线向量．(2)空间位置关系的向量表示答案：(1)①无数②无数[典题3] [2017·广东汕头模拟]如图所示，在四棱锥P－ABCD中，PC⊥平面ABCD，PC ＝2，在四边形ABCD中，∠B＝∠C＝90°，AB＝4，CD＝1，点M在PB上，PB＝4PM，PB与平面ABCD成30°的角．求证：(1)CM∥平面PAD；(2)平面PAB⊥平面PAD.[证明]以C为坐标原点，CB为x轴，CD为y轴，CP为z轴建立如图所示的空间直角坐标系C－xyz.∵PC ⊥平面ABCD ，∴∠PBC 为PB 与平面ABCD 所成的角， ∴∠PBC ＝30°.∵PC ＝2，∴BC ＝23，PB ＝4，∴D (0,1,0)，B (23，0,0)，A (23，4,0)，P (0,0,2)，M ⎝ ⎛⎭⎪⎫32，0，32，∴DP →＝(0，－1,2)，DA →＝(23，3,0)，CM →＝⎝⎛⎭⎪⎫32，0，32.(1)设n ＝(x ，y ，z )为平面PAD 的一个法向量， 则⎩⎪⎨⎪⎧DP →·n ＝0，DA →·n ＝0，即⎩⎨⎧－y ＋2z ＝0，23x ＋3y ＝0，令y ＝2，得n ＝(－3，2,1)．∵n ·CM →＝－3×32＋2×0＋1×32＝0， ∴n ⊥CM →.又CM ⊄平面PAD ，∴CM ∥平面PAD .(2)证法一：由(1)知，BA →＝(0,4,0)，PB →＝(23，0，－2)， 设平面PAB 的一个法向量为m ＝(x 0，y 0，z 0)， 则⎩⎪⎨⎪⎧BA →·m ＝0，PB →·m ＝0，即⎩⎨⎧4y 0＝0，23x 0－2z 0＝0，令x 0＝1，得m ＝(1,0，3)．又∵平面PAD 的一个法向量n ＝(－3，2,1)， ∴m ·n ＝1×(－3)＋0×2＋3×1＝0， ∴平面PAB ⊥平面PAD .证法二：如图，取AP 的中点E ，连接BE ，则E (3，2,1)，BE →＝(－3，2,1)． ∵PB ＝AB ，∴BE ⊥PA .又∵BE →·DA →＝(－3，2,1)·(23，3,0)＝0， ∴BE →⊥DA →.∴BE ⊥DA .又PA ∩DA ＝A ，∴BE ⊥平面PAD . 又∵BE ⊂平面PAB ， ∴平面PAB ⊥平面PAD .[点石成金] 1.利用向量法证明平行问题的三种方法 (1)证明线线平行：两条直线的方向向量平行． (2)证明线面平行：①该直线的方向向量与平面的某一法向量垂直；②证明该直线的方向向量与平面内某直线的方向向量平行；③证明该直线的方向向量可以用平面内的两个不共线的向量线性表示． (3)证明面面平行：两个平面的法向量平行．2．利用向量法证明垂直问题的三种方法(1)证明线线垂直：两条直线的方向向量的数量积为0. (2)证明线面垂直：直线的方向向量与平面的法向量平行． (3)证明面面垂直：①其中一个平面与另一个平面的法向量平行； ②两个平面的法向量垂直.已知直三棱柱ABC －A 1B 1C 1中，△ABC 为等腰直角三角形，∠BAC ＝90°，且AB ＝AA 1，D ，E ，F 分别为B 1A ，C 1C ，BC 的中点．求证：(1)DE ∥平面ABC ；(2)B 1F ⊥平面AEF .证明：以A 为原点，AB ，AC ，AA 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A －xyz ，令AB ＝AA 1＝4，则A (0,0,0)，E (0,4,2)，F (2,2,0)，B 1(4,0,4)，D (2,0,2)，A 1(0,0,4)．(1)DE →＝(－2,4,0)，平面ABC 的一个法向量为AA 1→＝(0,0,4)，∵DE →·AA 1→＝0，DE ⊄平面ABC ，∴DE ∥平面ABC .(2)B 1F →＝(－2,2，－4)，EF →＝(2，－2，－2)， B 1F →·EF →＝(－2)×2＋2×(－2)＋(－4)×(－2)＝0， ∴B 1F →⊥EF →，∴B 1F ⊥EF . B 1F →·AF →＝(－2)×2＋2×2＋(－4)×0＝0，∴B 1F →⊥AF →，∴B 1F ⊥AF .∵AF ∩EF ＝F ，∴B1F⊥平面AEF.考点4 空间向量数量积的应用1.两个向量的数量积(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.2．空间向量的坐标表示及其应用设a＝(a1，a2，a3)，b＝(b1，b2，b3).答案：a 1b 1＋a 2b 2＋a 3b 3 a 1＝λb 1，a 2＝λb 2，a 3＝λb 3 a 1b 1＋a 2b 2＋a 3b 3＝0正确使用空间向量的数量积．(1)已知向量a ＝(4，－2，－4)，b ＝(6，－3,2)，则(a ＋b )·(a －b )的值为________． 答案：－13解析：a ＋b ＝(10，－5，－2)，a －b ＝(－2,1，－6)，∴(a ＋b )·(a －b )＝－13.(2)已知a ＝(1,2，－2)，b ＝(0,2,4)，则a ，b 夹角的余弦值为________．答案：－2515解析：cos 〈a ，b 〉＝a ·b |a ||b |＝－2515.[典题4] 如图所示，在平行四边形ABCD 中，AB ＝AC ＝CD ＝1，∠ACD ＝90°，把△ADC 沿对角线AC 折起，使AB 与CD 成60°角，求BD 的长．[解] ∵AB 与CD 成60°角，∴〈BA →，CD →〉＝60°或120°.又∵AB ＝AC ＝CD ＝1，AC ⊥CD ，AC ⊥AB ，∴|BD →|＝BD →2＝BA →＋AC →＋CD →2 ＝BA →2＋AC →2＋CD →2＋2BA →·AC →＋2AC →·CD →＋2BA →·CD→ ＝1＋1＋1＋0＋0＋2×1×1×cos〈BA →，CD →〉＝3＋2cos 〈BA →，CD →〉，∴|BD →|＝2或 2.∴BD 的长为2或 2.[点石成金] 1.利用向量的数量积可证明线段的垂直关系，也可以利用垂直关系，通过向量共线确定点在线段上的位置．2．利用夹角公式，可以求异面直线所成的角，也可以求二面角．3．可以通过|a|＝a 2，将向量的长度问题转化为向量数量积的问题求解.如图所示，已知空间四边形ABCD 的各边和对角线的长都等于a ，点M ，N 分别是AB ，CD 的中点．(1)求证：MN ⊥AB ，MN ⊥CD ；(2)求MN 的长；(3)求异面直线AN 与CM 所成角的余弦值．(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 →＝AB →－AM →＝12(AC →＋AD →)－12AB → ＝12(q ＋r －p )， ∴MN →·AB →＝12(q ＋r －p )·p ＝12(q·p ＋r·p －p 2) ＝12(a 2cos 60°＋a 2cos 60°－a 2)＝0.∴MN →⊥AB →，即MN ⊥AB .同理可证，MN ⊥CD .(2)解：由(1)可知，MN →＝12(q ＋r －p )， ∴|MN →|2＝14(q ＋r －p )2 ＝14[q 2＋r 2＋p 2＋2(q·r －p·q －r·p )] ＝14⎣⎢⎡⎦⎥⎤a 2＋a 2＋a 2＋2⎝ ⎛⎭⎪⎫a 22－a 22－a 22 ＝14×2a 2＝a 22， ∴|MN →|＝22a .∴MN 的长为22a . (3)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 ＝12⎝ ⎛⎭⎪⎫q 2－12q·p ＋r·q －12r·p ＝a 22. 又∵|AN →|＝|MC →|＝32a ， ∴AN →·MC →＝|AN →||MC →|cos θ ＝32a ×32a ×cos θ＝a 22， ∴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] 1.利用空间向量解决立体几何问题的两种思路(1)选好基底，用向量表示出几何量，利用空间向量有关定理与向量的线性运算进行判断．(2)建立空间坐标系，进行向量的坐标运算，根据运算结果的几何意义解释相关问题．2．利用共线向量定理、共面向量定理可以证明一些平行、共面问题；利用数量积运算可以解决一些距离、夹角问题．[易错防范] 用向量知识证明立体几何问题，仍然离不开立体几何中的定理．如要证明线面平行，只需要证明平面外的一条直线和平面内的一条直线平行，即化归为证明线线平行，用向量方法证明直线a ∥b ，只需证明向量a ＝λb (λ∈R )即可．若用直线的方向向量与平面的法向量垂直来证明线面平行，仍需强调直线在平面外．课外拓展阅读“两向量同向”意义不清致误分析[典例] 已知向量a ＝(1,2,3)，b ＝(x ，x 2＋y －2，y )，并且a ，b 同向，则x ，y 的值分别为________．[错因分析] 将a ，b 同向和a∥b 混淆，没有搞清a∥b 的意义：a ，b 方向相同或相反．[解析] 由题意知，a∥b ，所以x 1＝x 2＋y －22＝y 3， 即⎩⎪⎨⎪⎧ y ＝3x ，①x 2＋y －2＝2x .②把①代入②，得x 2＋x －2＝0，(x ＋2)(x －1)＝0，解得x ＝－2或x ＝1.当x ＝－2时，y ＝－6；当x ＝1，y ＝3.当⎩⎪⎨⎪⎧ x ＝－2，y ＝－6时，b ＝(－2，－4，－6)＝－2a ，两向量a ，b 反向，不符合题意，所以舍去．当⎩⎪⎨⎪⎧ x ＝1，y ＝3时，b ＝(1,2,3)＝a ，a 与b 同向，所以⎩⎪⎨⎪⎧ x ＝1，y ＝3.[答案] 1,3温馨提醒1．两向量平行和两向量同向不是等价的，同向是平行的一种情况，两向量同向能推出两向量平行，但反过来不成立，也就是说，“两向量同向”是“两向量平行”的充分不必要条件．2．若两向量a ，b 满足a ＝λb (b ≠0)且λ>0，则a ，b 同向；在a ，b 的坐标都是非零的条件下，a ，b 的坐标对应成比例且比值为正值．。