立体几何中的向量方法方向向量与法向量VIP免费

3.2立体几何中的向量方法——方向向量与法向量探究：P102“思考”如何确定一个点在空间的位置？在空间中给定一个点A和一个定方向（向量），能确定一条直线在空间的位置吗？给定一个定点和两个定方向（向量），能确定一个平面在空间的位置吗？给定一个定点和一个定方向（向量），能确定一个平面在空间的位置吗？如图,l为经过已知点A且平行于非零向量a的直线,那么非零向量a叫做直线l的方向向量。lAPa１．直线的方向向量直线ｌ的向量式方程换句话说,直线上的非零向量叫做直线的方向向量APta�2、平面的法向量AalP平面α的向量式方程0aAP��换句话说,与平面垂直的非零向量叫做平面的法向量oxyzABCO1A1B1C1例1.如图所示,正方体的棱长为1(1)直线OA的一个方向向量坐标为___________(2)平面OABC的一个法向量坐标为___________(0,0,1)(1,0,0)例2.在空间直角坐标系中,已知(3,0,0),(0,4,0)AB,(0,0,2)C,试求平面ABC的一个法向量.(4,3,6)n解:设平面ABC的一个法向量为(,,)nxyz则nABnAC��，.∵(3,4,0)AB�,(3,0,2)AC�∴(,,)(3,4,0)0(,,)(3,0,2)0xyzxyz即340320xyxz∴3432yxzx取4x,则(4,3,6)n∴(4,3,6)n是平面ABC的一个法向量.总结:如何求平面的法向量⑴设平面的法向量为(,,)nxyz⑵找出(求出)平面内的两个不共线的向量的坐标111222(,,),(,,)aabcbabc⑶根据法向量的定义建立关于,,xyz的方程组00nanb⑷解方程组,取其中的一个解,即得法向量.oxyzABCO1A1B1C1例3.如图所示,正方体的棱长为1平面AB1C的一个法向量坐标为___________(-1,-1,1)(1,1,-1)(2,2,1),(4,5,3),ABACABC�例4：已知求平面的单位法向量。nxyz解：设平面的法向量为（，，），(2,2,1)0(4,5,3)0,nABnACxyzxyz��则，（，，），（，，）220,4530xyzxyz即1121xzy取，得1(,1,1),2n3||2n122(-333ABC求平面的单位法向量为，，）练习如图，在四棱锥P-ABCD中，底面ABCD是正方形，侧棱PD⊥底面ABCD，PD=DC=1,E是PC的中点，求平面EDB的一个法向量.ABCDPE解：如图所示建立空间直角坐标系.(0,0,0),(0,0,1),11(0,,)22PE依题意得DB(1,1，0)11(0,,)22DE��DB=(1,1，0)XYZ设平面EDB的法向量为(,,1)nxy,nnDEDB��则1101,1,1220ynxy于是因为方向向量与法向量可以确定直线和平面的位置，所以我们可以利用直线的方向向量与平面的法向量表示空间直线、平面间的平行、垂直、夹角、距离等位置关系.用向量方法解决几何问题小结：在计算和证明立体几何问题时，如果能够在原图中建立适当的空间直角坐标系，将图形中有关量用坐标来表示，利用空间向量的坐标运算来处理，则往往可以在很大程度上降低对空间想象的要求；求向量坐标的常用方法是先设出向量坐标，再待定系数.