向量法求空间角、距离和二面角VIP免费

向量法求空间角、距离和二面角1.1.向量的数量积和坐标运算是两个非零向量，它们的夹角为，则数叫做与的数量积（或内积），记作，即其几何意义是的长度与在的方向上的投影的乘积.其坐标运算是：若，则①；②；③④1.2.异面直线所成的角分别在直线上取定向量则异面直线所成的角等于向量所成的角或其补角（如图1所示），则（例如2004年高考数学广东卷第18题第（2）问）1.3.异面直线的距离分别在直线上取定向量求与向量都垂直的向量，分别在上各取一个定点，则异面直线的距离等于在上的射影长，即.证明：设为公垂线段，取（如图1所示），则1Cn图1DABnmab设直线所成的角为，显然1.4.直线与平面所成的角在上取定，求平面的法向量（如图2所示），再求，则为所求的角.1.5．二面角方法一：构造二面角的两个半平面的法向量（都取向上的方向，如图3所示），则①若二面角是“钝角型”的如图3甲所示，那么其大小等于两法向量的夹角的补角，即（例如2004年高考数学广东卷第18题第（1）问）.②若二面角是“锐角型”的如图3乙所示，那么其大小等于两法向量的夹角，即（例如2004年高考数学广东卷第18题第（1）问）.方法二：在二面角的棱l上确定两个点，过分别在平面内21n2n图3乙l1n2nl图3甲1n2nl图4BAnBAL图2求出与l垂直的向量（如图4所示），则二面角的大小等于向量的夹角，即1.6.平面外一点到平面的距离先求出平面的法向量，在平面内任取一定点，则点到平面的距离等于在上的射影长，即.（例如2004年广州一模第18题第（Ⅱ）问）.1．7．法向量2.1.基向量法由于空间中任何向量均可由不共面的三个基向量来线性表示，因此在解题时往往根据问题条件首先选择适当的基向量，把有关线段根据向量的加法、数乘运算法则与基向量联系起来.再通过向量的代数运算，达到计算或证明的目的.一般情况下，选择共点且不共面的三个已知向量作为基向量.[例1]如图6，已知正三棱柱的棱长为2，底面边长为1，是的中点.（1）在直线上求一点，使；（2）当时，求点到平面的距离.（3）求出与侧面所成的角.分析1（1）的问题显然是求使异面直线与所成的角为直角的点依据向量数量积的概念，必须由条件，求出的长度而与都不是已知向量，且和没有直接联系，因此必须选择一组基3ABCMN1A1B1C图6图5Apn向量来表示与.（1）解法一：取共点于的三个不共面的已知向量为基向量，分析2本小题还可以取共点于的三个不共面的已知向量为基向量，从而得（1）解法二：4比较方法一与方法二，方法一比方法二运算简便.因为用方法一选择的一组基向量表示时式子较为简单.这告诉我们可选择的基向量并不唯一，我们应选择使得运算简便的那一组向量作为基向量.当几何体中能够找到（或构造出）三个共点且两两垂直的基向量时，我们就可以用下面的方法解决问题.2.2.坐标法所谓坐标法，就是建立适当的空间直角坐标系(本文所建立的都是右手直角坐标系)，把向量用坐标来表示，用向量的坐标形式进行向量的运算，以达到解决问题的目的.运用坐标法时，也必须首先找出三个基向量，并且这三个基向量两两垂直,由此建立空间直角坐标系.因而坐标法是基向量法的特殊情形，但坐标法用于求长度、角度或解决垂直问题时，比较简单.在坐标法下，例1几何体中容易找到共点不共面且互相垂直的三个向量，于是有如下解法：（1）解法三：以分别为轴、轴，垂直于的为轴建立空间直角坐标系，设，则有.于是5ABCMN1A1B1Cyzx图7由上面的解法三可知，通过建立空间直角坐标系，找出了相关点的坐标，从而把几何图形的性质代数化，通过向量的计算解决问题，显得快捷简便.在空间直角坐标系下，例1的第（2）、（3）问便迎刃而解了.下面给出解答.(2)解：当时，由（1）解法三知，、，则，设向量与平面垂直，则有取向量在上的射影长即为到平面的距离，设为，于是（3）根据上面“1.4.直线与平面所成的角”中所提到的方法，须求出平面的一个法向量，进而求与所在直线的夹角。设平面的一个法向量为，则有6取，则故与侧面所成的角为：.本题的解题过程告诉我们，用坐标法求空间角与距离，就是用空间向量将空间元素的位置关系转化为坐标表示的数量关系，解题的关键是根据几何体的特点选取恰当...