平面法向量的一种简单求法和在求角、距离中的应用一、法向量的定义:与平面垂直的向量叫平面的法向量(根据定义可知:平面的法向量有多个,方向有两种:向上或向下)二、向量的数量积a·b=∣a︳︳b∣coscos=若a=(x1,y1,z1)b=(x2,y2,z2),则a·b=∣a︳=三、向量积:a×ba×b的结果仍然是一个向量(使两个向量的起点相同)方向:右手手指指向a的方向,自然弯向b,则大拇指所指的方向就是向量a×b的方向(即:a×b垂直平面)大小:等于a,b为邻边的平行四边形的面积
如图所示:a×bbαa(由此我们可以通过求两个向量的向量积求平面的法向量)a×b的坐标计算设a=(x1,y1,z1)b=(x2,y2,z2)则:a×b=(︳y1yz1z︱,-︱x1xz1z︱,︱x1xy1y︱)其中:二阶行列式︱abcd︱=ad-bc习惯上:作a×b时,把a写在上,把b写在下作b×a时,把b写在上,把a写在下练习:已知a=(2,1,0)b=(-1,2,1)(1)求a×b
(2)求b×a解:a×b=b×a=注:根据上述分析要求一个平面的法向量,只要在平面内找出两个同起点的向量作向量积即可
用心爱心专心例:如图所示,正方体ABCD-A1B1C1D1中,棱长为2,E、F分别是DD1、DC的中点
求平面AEF的一个法向量解:以D为坐标原点建立坐标系∴A()D1C1E()A1B1F()E∴AF=()AE=()DFCAB∴平面AEF的法向量n=()四、法向量在求角中的应用
1、用法向量求线面角
如图naaΘΘnΘ=12π-Θ=-12π两种情况下都有:sinΘ=︱cos︱因为2、用法向量求二面角n1Θ(1)n2用心爱心专心Θn1(2)n2如果两个平面的法向量选取合适,则二面角就等于两个平面的法向量的夹角(如第一种情况)
因此可以用向量的数量积公式的变形直接求出二面角
例:如图所示,正方体ABCD-