空间向量的坐标运算1
向量坐标运算公式总结
向量坐标运算公式总结向量坐标是一种实用的数学工具，在许多领域如物理、生物学和数学中。
这些坐标的变化可以用一组等式来表示，这些等式称为“向量坐标运算公式”。
什么是向量坐标运算公式？它们可以帮助我们更好地理解空间，并进行精确计算。
它们可以在特定的三维空间中识别物体，以及在空间中的每一点的特定位置。
简言之，向量坐标运算公式是特殊的空间中的物体及其每个点的维度和位置的一组规则。
它们由一系列向量计算运算组成，例如距离公式，到定位和定位转换。
在向量坐标运算公式中，两点间的距离是特定的，可以通过取样数据点来确定。
它可以表示为$d=sqrt{(x_2-x_1)^2+(y_2-y_1)^2}$，其中$x_1$和$x_2$表示两点的横坐标，$y_1$和$y_2$表示两点的纵坐标。
另一个重要的向量坐标运算公式是旋转映射公式，即坐标系的变换公式，它可以把一个坐标轴从一个旋转轴移动到另一个旋转轴。
它可以表示为$(xy=(xcos{theta}-ysin{theta},xsin{theta}+ycos{theta})$，其中$theta$表示旋转角度，$x$和$y$表示旋转后的新坐标。
此外，向量坐标运算公式还包括缩放映射公式，即坐标中某些度量单位之间的变换公式，它可以用来实现数学变换，将一个坐标系中的点转换到另一个坐标系中，在这个转换的过程中，每个坐标的值都可能会发生某种变化。
如果当前的坐标系尺寸为$(a,b,c)$，那么坐标变换的公式如下：$x=ax, y=by, z=cz$，其中$x$表示变换后的横坐标，$y$表示变换后的纵坐标，$z$表示变换后的纵坐标。
综上所述，向量坐标运算公式是一组特殊领域内空间物体及其每点位置的变换规则，主要包括距离公式、旋转映射公式和缩放映射公式。
这些公式在很多领域内，如物理学、生物学和数学中都有广泛的应用，能够帮助我们更好地理解空间，并进行精确计算。
2022-2023学年人教A版选择性必修第一册 1-3-2 空间向量运算的坐标表示 课件(48张)
1．3 空间向量运算的坐标表示/
新课程标准
新学法解读 1.会利用空间向量的坐标运算解决简单的运算
问题． 1.掌握空间向量的线性
2．掌握空间向量运算的坐标表示，并会判断两 运算的坐标表示．
个向量是否共线或垂直． 2．掌握空间向量的数量
数量积
a·b
a·b＝_____a_1_b_1＋__a_2_b_2_＋__a_3b_3___________
知识点二 空间向量的平行、垂直及模、夹角 设 a＝(a1，a2，a3)，b＝(b1，b2，b3)，则有
当 b≠0 时，a∥b⇔a＝λb⇔a1＝λb1，a2＝λb2，a3＝λb3(λ∈R)；
a⊥b⇔a·b＝0⇔a1b1＋a2b2＋a3b3＝0；
|a|＝ a·a＝ a12＋a22＋a32； cos〈a，b〉＝|aa|·|bb|＝ a21＋a1ba122＋＋aa232b2b＋21＋a3bb223＋b23.
知识点三 空间两点间的距离公式 设 P1(x1，y1，z1)，P2(x2，y2，z2)是空间中任意两点，则 P1P2＝|P→1P2|＝
_____x_2－__x_1__2＋___y_2_－__y1__2＋___z_2_－__z1__2 ____.
2．已知向量 a＝(0，－1,1)，b＝(4,1,0)，|λa＋b|＝ 29，且 λ>0，则 λ 等于( C ) A．5 B．4 C．3 D．2
解析：λa＋b＝λ(0，－1,1)＋(4,1,0)＝(4,1－λ，λ)，由已知得|λa＋b|＝ 42＋1－λ2＋λ2 ＝ 29，且 λ>0，解得 λ＝3.
研习 1 空间向量的坐标运算 [典例 1] (1)已知 a＝(2，－1，－2)，b＝(0，－1,4)，求 a＋b，a－b，a·b，(2a)·(－b)， (a＋b)·(a－b)．
空间向量的坐标与运算
空间向量的坐标与运算空间向量是向量的一种特殊形式，用于表示空间中的位置和方向。
在三维空间中，我们可以用三个坐标轴来表示空间向量的三个分量，分别是x、y和z轴的坐标。
通过对空间向量的坐标进行运算，我们可以进行各种有趣的空间几何计算。
首先，我们来看一下空间向量的表示。
一个三维向量可以表示为(Vx, Vy, Vz)，其中Vx、Vy和Vz分别是向量在x、y和z轴上的坐标。
如果我们在空间中有两点A(x1, y1, z1)和B(x2, y2, z2)，我们可以通过这两点的坐标求出空间向量AB的坐标。
坐标运算是对空间向量的坐标进行运算。
常用的坐标运算有加法、减法、数量乘法和点乘。
首先，让我们来看一下向量的加法和减法。
如果有两个向量A(x1,y1, z1)和B(x2, y2, z2)，它们的坐标和分别是(x1+x2, y1+y2, z1+z2)。
也就是说，向量的坐标相加就是分别将对应坐标相加。
同样，向量的减法也是使用相同的方式。
接下来，我们来看一下向量的数量乘法。
向量的数量乘法是将向量的坐标分别乘以一个标量。
如果有一个向量A(x, y, z)和一个标量k，那么A乘以k的结果就是(kx, ky, kz)。
最后，我们来看一下向量的点乘。
向量的点乘也叫数量积，结果是一个标量。
如果有两个向量A(x1, y1, z1)和B(x2, y2, z2)，它们的点乘结果等于x1*x2 + y1*y2 + z1*z2。
点乘的结果可以用来判断两个向量之间的夹角、平行性等。
除了以上的基本运算外，我们还可以进行其他更复杂的运算，如叉乘、模长计算等。
叉乘是两个向量的乘积，结果是一个新的向量。
叉乘的结果正交于原来的两个向量，并且模长与原向量之积等于原向量之间的夹角的正弦值。
空间向量的坐标和运算在几何学、物理学等许多学科中都有广泛的应用。
通过对坐标的运算，我们可以计算两点之间的距离、判断两个向量之间的关系等。
在计算机图形学、计算机游戏等领域，也经常使用空间向量的坐标和运算来表示和处理三维图形。
空间向量的坐标表示与计算
空间向量的坐标表示与计算空间向量是指具有大小和方向的箭头，用于描述空间中的物理量。
为了方便表示和计算，我们需要将空间向量转化为坐标形式。
本文将介绍空间向量的坐标表示与计算方法。
一、空间向量的坐标表示在三维空间中，我们通常使用直角坐标系来表示空间向量。
直角坐标系由三条相互垂直的坐标轴组成，分别记作x轴、y轴和z轴。
一个空间向量可以表示为一个三元组(x, y, z)，其中x、y和z分别表示向量在x轴、y轴和z轴上的投影长度。
例如，假设有一个空间向量a，它的起点坐标为A(x1, y1, z1)，终点坐标为B(x2, y2, z2)。
我们可以通过计算两点坐标的差值，得到向量a 的坐标表示：a = (x2 - x1, y2 - y1, z2 - z1)二、空间向量的计算1. 加法运算空间向量的加法运算是指将两个向量相加得到一个新向量。
设有两个向量a和b，其坐标分别表示为(a1, a2, a3)和(b1, b2, b3)，则它们的和向量c可以计算如下：c = (a1 + b1, a2 + b2, a3 + b3)2. 减法运算空间向量的减法运算是指将一个向量减去另一个向量得到一个新向量。
设有两个向量a和b，其坐标分别表示为(a1, a2, a3)和(b1, b2, b3)，则它们的差向量c可以计算如下：c = (a1 - b1, a2 - b2, a3 - b3)3. 数乘运算空间向量的数乘运算是指将向量的每个坐标分量与一个标量相乘得到一个新向量。
设有一个向量a和一个标量k，其坐标表示为(a1, a2, a3)，则它们的数乘结果向量b可以计算如下：b = (k * a1, k * a2, k * a3)4. 内积运算空间向量的内积运算是指将两个向量的对应坐标分量相乘后相加得到一个标量。
设有两个向量a和b，其坐标表示为(a1, a2, a3)和(b1, b2, b3)，则它们的内积结果为一个标量c，计算如下：c = a1 * b1 + a2 * b2 + a3 * b35. 外积运算空间向量的外积运算是指将两个向量进行叉乘得到一个新向量。
空间向量数量积及坐标运算
空间向量数量积及坐标运算在空间解析几何中，向量是研究的重要对象之一，而向量的数量积和坐标运算是向量运算中的基本概念。
本文将介绍空间向量的数量积及其坐标运算方法。
一、空间向量的数量积空间中的向量可以用其坐标表示，记作a = (x1, y1, z1)和b = (x2, y2,z2)，其中a、b分别是空间中的两个向量，xi、yi、zi为它们在笛卡尔坐标系中的坐标。
向量的数量积（又称点积或内积）定义为两个向量的对应坐标的乘积之和，即：a ·b = x1 * x2 + y1 * y2 + z1 * z2其中·表示数量积运算。
性质：1.数量积是实数。
2.数量积的结果等于向量乘积和坐标乘积之和。
3.数量积满足交换律：a · b = b · a。
4.数量积满足分配率：(a + b) · c = a · c + b · c。
二、向量的坐标运算1. 向量的加法设a = (x1, y1, z1)和b = (x2, y2, z2)是空间中的两个向量，它们的和记为c，则c的坐标为：x = x1 + x2y = y1 + y2z = z1 + z2即向量的和的每个坐标等于对应向量的坐标之和。
性质：1.向量的加法满足交换律：a + b = b + a。
2.向量的加法满足结合律：(a + b) + c = a + (b + c)。
2. 向量的减法设a = (x1, y1, z1)和b = (x2, y2, z2)是空间中的两个向量，它们的差记为c，则c的坐标为：x = x1 - x2y = y1 - y2z = z1 - z2即向量的差的每个坐标等于对应向量的坐标之差。
3. 向量的数乘设k为实数，a = (x, y, z)是空间中的一个向量，ka为向量a的数乘，即ka 的坐标为：x' = k * xy' = k * yz' = k * z性质：1.数乘满足结合律：k(ka) = (k * k')a。
空间向量的直角坐标及其运算
∴ AP AB ， AP AD，又 AB AD A ， AP 平面 ABCD，
∴ AP 是平面 ABCD的法向量； 解：（2） AB 22 12 42 21 ， AD 42 22 02 2 5 ，
∴ SABC
1 2
AB
AC
sin
A
101 。 2
7、在棱长为1的正方体 ABCD A1B1C1D1 中，E, F 分别是 DD1、DB 中点，G 在棱CD 上，
CG
1 4
CD
，
H
是
C1G
的中点；
（1）求证： EF B1C ；（2）求 EF 与C1G 所成的角的余弦；（3）求 FH 的长。
解：如图以 D 为原点建立直角坐标系 D xyz ，
（3）证明线面平行：若直线的方向向量与平面的一个法向量垂直，则这直线与该平面平行；
（4）证明面面平行：若两个不重合平面的法向量平行，则这两个平面就互相平行。 11、用向量求异面直线所成角：
找出两条异面直线各自的一个方向向量，计算这两个向量的夹角 ，则 （或 的补角）
即为两条异面直线所成的角。
设 a、b 是异面直线， d1 是直线 a 的一个方向向量， d2 是直线b 的一个方向向量，异面
一、基本概念：
1、空间直角坐标系：
（1）若空间的一个基底的三个基向量互相垂直，且长为1，这个基底叫单位正交基底，用 i, j,k
表示；
（2）在空间选定一点O 和一个单位正交基底 i, j,k ，以点O 为原点，分别以 i, j,k 的方向
为正方向建立三条数轴：x 轴、 y 轴、z 轴，它们都叫坐标轴；我们称建立了一个空间 直角坐标系 O xyz ，点O 叫原点，向量 i, j, k 都叫单位向量；通过每两个坐标轴的平
空间向量的坐标表示及其运算(同步课件)高二(人教A版2019选修一)
一个空间向量的坐标等于表示此向量的有向线段的终点坐标减去 起点坐标．
类似平面向量运算的坐标表示，我们还可以得到：
当b 0时, a // b a b a1 b1, a2 b2,a3 b3( R);
0,
1 4
,1
,
17
17
BE1 4 , DF1 4 .
所以BE1
DF1
0
0
1 4
1 4
11
15 16
,
15
所以cos BE1 , DF1
BE1 DF1 BE1 DF1
16
15 ,
17 17 17
44
所以,
BE1与DF1所成角的余弦值为
15 17
.
a b (a1 b1 , a2 b2 , a3 b3 ),
a (a1, a2 , a3 ), R
a b a1b1 a2b2 a3b3 .
下面我们证明空间向量数量积运算的坐标表示．其他运算的坐标 表示可以类似证明，请同学们自己完成．
设{i, j, k}为空间的一个单位正交基底,
z
k
j
iO
y
x 图1.3-2
探究 在平面直角坐标系中，每一个点和向量都可用一对有序实数（即它的坐 标）表示．对空间直角坐标系中的每一个点和向量，是否也有类似的表 示呢？
在空间直角坐标系Oxyz中, i, j, k为坐标向量, 对空间任意一点A, 对应
一个向量OA, 且点A的位置由向量OA唯一确定,由空间向量基本定理,
同理, 点C的坐标是(0, 4, 0).
点A在x轴、y轴和z轴上的射影分别为
空间向量运算的坐标公式解读
求P点的坐标。
课堂小结： 空间向量的坐标运算公式、 模长公式、夹角公式及其应用。 注：空间向量的坐标运算公式、模长公式、 夹角公式的形式与平面向量中相关内容一致， 因此可类比记忆；
例2 在正方体 ABCD—A1B1 C1D1 中 E、F 分别是 BB1 、 CD 的中点 ， 求证： D1F 平面ADE
空间向量的基本定理：
任一向量 p ，存在一个唯一的有序实数组x、y、z， 使得：
a , b , c 如果三个向量 不共面，那么对空间
p xa yb zc
基底 a, b, c 叫做空间的一个______
空间任意三个不共面向量都可以构成空间的一个基底
一、空间直角坐标系
=(x2-x1,y2-y1,z2-z1).
一个向量在直角坐标系中的坐标等于表 示这个向量的有向线段的终点的坐标减去起 点的坐标.
a b x1 x2 y1 y2 z1 z2 ;
例 1、 （1）求向量 a ( x, y, z ) 的模 | a
|
（2）求两个非零向量 a ( x1 , y1 , z1 ) ，
b ( x2 , y2 , z2 ) 的夹角的余弦值
（3） 、 已 知 向 量 a (2, 3,5) ， b (3, 1, z) ， 且
如果三个向量任一向量使得不共面那么对空间c存在一个唯一的有序实数组xyzbapczbyaxpc基底空间任意三个不共面向量都可以构成空间的一个基底ba叫做空间的一个一空间直角坐标系单位正交基底如果空间的一个基底的三个基向量互相垂直且长都为1则这个基底叫做单位正交基底常用ijk来表示
空间向量运算的坐标公式
练习2 如图在边长为2的正方体ABCD-A1B1C1D1中， 取D点为原点 建立空间直角坐标系， N、M、P、Q分别是AC、DD1、 CC1、A1B1的中点， 写出下列向量的坐标.
高中数学选择性必修一课件：1.3.2空间向量运算的坐标表示
课后提能训练
2．在空间直角坐标系中，已知 A(2,3,5)，B(3,1,4)，则 A，B 两点间
的距离为
()
A．6
B． 6
C． 30
【答案】B
D． 42
【解析】|AB|＝ 3－22＋1－32＋4－52＝ 6.
|自学导引|
|课堂互动|
|素养达成|
课后提能训练
3．若点 A(1,2，a)到原点的距离为 11，则 a 的值为________． 【答案】± 6 【解析】由已知得 12＋22＋a2＝ 11，所以 a2＝6，解得 a＝± 6.
|自学导引|
|课堂互动|
|素养达成|
课后提能训练
|课堂互动|
|自学导引|
|课堂互动|
|素养达成|
课后提能训练
题型1 空间向量的坐标运算
已知a＝(2，－1，－2)，b＝(0，－1,4)，求a＋b，2a·(－b)，(a＋b)·(a－b)．
素养点睛：考查逻辑推理、数学运算的核心素养．
【答案】解：a＋b＝(2，－1，－2)＋(0，－1,4)＝(2，－2,2)，
|自学导引|
|课堂互动|
|素养达成|
课后提能训练
1．向量夹角的计算步骤 (1)建系：结合图形建立适当的空间直角坐标系，建系原则是让尽可能多的点落到坐标轴上． (2)求方向向量：依据点的坐标求出方向向量的坐标． (3)代入公式：利用两向量的夹角公式将方向向量的坐标代入求出夹角． 2．求空间两点间的距离的关键及步骤 (1)求空间两点间的距离问题就是把点的坐标代入距离公式进行计算，其中确定点的坐标或合理设出 点的坐标是关键．
－x1，y2－y1，z2－z1)，|P→1P2|＝_____x2_－__x_1_2_＋___y2_－__y_1_2_＋___z2_－__z_1_2____.
空间向量的直角坐标及其运算1
空间向量的直角坐标及其运算 (1)教学目的：⒈掌握空间右手直角坐标系的概念，会确定一些简单几何体（正方体、长方体）的顶点坐标；⒉掌握空间向量坐标运算的规律；3.会根据向量的坐标，判断两个向量共线或垂直；4.会用中点坐标公式解决有关问题教学重点：空间右手直角坐标系，向量的坐标运算教学难点：空间向量的坐标的确定及运算教学过程： 一、复习引入： 1平面向量的坐标表示分别取与x 轴、y 轴方向相同的两个单位向量i 、j作为基底任作一个向量a，由平面向量基本定理知，有且只有一对实数x 、y ，使得j y i x a+=把),(y x 叫做向量a的（直角）坐标，记作),(y x a =其中x 叫做a 在x 轴上的坐标，y 叫做a在y 轴上的坐标，特别地，)0,1(=i，)1,0(=j ，0,0(0=2．平面向量的坐标运算若),(11y x a =，),(22y x b = ，则b a +),(2121y y x x ++=，b a -),(2121y y x x --=，),(y x a λλλ=若),(11y x A ，),(22y x B ，则()1212,y y x x AB --=3．a∥b (b ≠)的充要条件是x 1y 2-x 2y 1=04平面两向量数量积的坐标表示已知两个非零向量),(11y x a = ，),(22y x b = ，试用a 和b 的坐标表示ba⋅设i 是x 轴上的单位向量，j是y 轴上的单位向量，那么j y i x a11+=，j y i x b 22+=所以))((2211j y i x j y i x b a++=⋅2211221221j y y j i y x j i y x i x x +⋅+⋅+=又1=⋅ii，1=⋅j j ，0=⋅=⋅i j j i所以b a⋅2121y y x x +=这就是说：两个向量的数量积等于它们对应坐标的乘积的和5.平面内两点间的距离公式（1）设),(y x a =，则222||y x a += 或22||y x a +=（2）如果表示向量a 的有向线段的起点和终点的坐标分别为),(11y x 、),(22y x ，那么221221)()(||y y x x a -+-=(平面内两点间的距离公式)6.向量垂直的判定设),(11y x a =，),(22y x b = ，则b a ⊥ ⇔02121=+y y x x7.两向量夹角的余弦（πθ≤≤0）cos ＜a ,b ＞= c o s θ=||||b a b a⋅⋅8．空间向量的基本定理：若{,,}a b c 是空间的一个基底，p是空间任意一向量，存在唯一的实数组,,x y z 使p xa yb zc =++． 二、讲解新课： 1 空间直角坐标系：（1）若空间的一个基底的三个基向量互相垂直，且长为1，这个基底叫单位正交基底，用{,,}i j k表示；（2）在空间选定一点O 和一个单位正交基底{,,}i j k ，以点O 为原点，分别以,,i j k的方向为正方向建立三条数轴：x 轴、y 轴、z 轴，它们都叫坐标轴．我们称建立了一个空间直角坐标系O xyz -，点O 叫原点，向量 ,,i j k都叫坐标向量．通过每两个坐标轴的平面叫坐标平面，分别称为xOy 平面，yOz 平面，zOx 平面； （3）作空间直角坐标系O xyz -时，一般使135xOy ∠= （或45 ），90yOz ∠= ； （4）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，系2．空间直角坐标系中的坐标：如图给定空间直角坐标系和向量a，k为坐标向量，则存在唯一的有序实数组123(,,)a a a ，使123a a i a j a k =++， 有序实数组123(,,)a a a 叫作向量a在空间直角坐标系O xyz -中的坐标，记作123(,,)a a a a =．在空间直角坐标系O xyz -中，对空间任一点A ，存在唯一的有序实数组(,,)x y z ，使OA xi yj zk =++，有序实数组(,,)x y z 叫作向量A 在空间直角坐标系O xyz -中的坐标，记作(,,)A x y z ，x 叫横坐标，y 叫纵坐标，z 叫竖坐标． 3．空间向量的直角坐标运算律：（1）若123(,,)a a a a = ，123(,,)b b b b =， 则112233(,,)a b a b a b a b +=+++， 112233(,,)a b a b a b a b -=---， 123(,,)()a a a a R λλλλλ=∈， 112233a b a b a b a b ⋅=++，112233//,,()a b a b a b a b R λλλλ⇔===∈， 1122330a b a b a b a b ⊥⇔++=．（2）若111(,,)A x y z ，222(,,)B x y z ，则212121(,,)AB x x y y z z =---．一个向量在直角坐标系中的坐标等于表示这个向量的有向线段的终点的坐标减去起点的坐标4 模长公式：若123(,,)a a a a= ，123(,,)b b b b =，则||a == ||b == 5．夹角公式：cos ||||a ba b a b⋅⋅==⋅6．两点间的距离公式：若111(,,)A x y z ，222(,,)B x y z ，则||AB == ，或,A B d =三、讲解范例：例1 已知(2,3,5)a =- ，(3,1,4)b =-- ，求a b + ，a b -，||a ，8a ，a b ⋅ ．例2．求点(2,3,1)A --关于xOy 平面，zOx 平面及原点O 的对称点例3．在正方体1111ABCD A B C D -中，,E F 分别是1,BB CD 的中点，求证1D F ⊥平面ADE ．四、课堂练习：1．已知ABCD－A1B1C1D1是棱长为2的正方体，E、F分别是BB1和DC的中点，建立如图所示的空间直角坐标系，试写出图中各点的坐标2．已知a＝(2，－3,5)，b＝(－3,1，－4)，求a＋b，a－b，8a，a•b3．在正方体要ABCD－A1B1C1D1中，E、F分别为BB1、CD的中点，求证：D1F⊥平面ADE①本例中坐标系的选取具有一般性，在今后会常用到，这样选取可以使正方体各顶点的坐标均为非负，且易确定②原点的坐标为(0,0,0)，x轴上的坐标为(x,0,0)，y轴上的坐标为(0,y,0)，z轴上的坐标为(0,0,z).③要使一向量a＝(x,y,z)与z轴垂直，只要z＝0即可事实上，要使向量a与哪一个坐标轴垂直，只要向量a的相应坐标为0四、小结：⒈空间右手直角坐标系的概念，会确定一些简单几何体的顶点坐标；⒉掌握空间向量坐标运算的规律；3. 会根据向量的坐标，判断两个向量共线或垂直；4. 会用中点坐标公式解决有关问题5．用向量坐标法证明或计算几何问题的基本步骤：建系设坐标→向量点的坐标化→向量的直角坐标运算五、作业：9B061。