高中数学--空间向量之法向量求法及应用方法VIP免费

高中数学空间向量之--平面法向量的求法及其应用一、平面的法向量1、定义：如果，那么向量叫做平面的法向量。平面的法向量共有两大类（从方向上分），无数条。2、平面法向量的求法方法一(内积法):在给定的空间直角坐标系中，设平面的法向量[或，或]，在平面内任找两个不共线的向量。由，得且，由此得到关于的方程组，解此方程组即可得到。方法二：任何一个的一次次方程的图形是平面；反之，任何一个平面的方程是的一次方程。，称为平面的一般方程。其法向量;若平面与3个坐标轴的交点为,如图所示,则平面方程为:,称此方程为平面的截距式方程，把它化为一般式即可求出它的法向量。方法三(外积法):设,为空间中两个不平行的非零向量，其外积为一长度等于，（θ为,两者交角，且），而与,皆垂直的向量。通常我们采取「右手定则」，也就是右手四指由的方向转为的方向时，大拇指所指的方向规定为的方向,。（注：1、二阶行列式:；2、适合右手定则。）例1、已知，，试求（1）：（2）：1图1-1C1CByFADxA1D1zB1EKey:(1);例2、如图1-1,在棱长为2的正方体中，求平面AEF的一个法向量。二、平面法向量的应用1、求空间角(1)、求线面角：如图2-1，设是平面的法向量，AB是平面的一条斜线，，则AB与平面所成的角为：图2-1-1:图2-1-2:(2)、求面面角:设向量，分别是平面、的法向量，则二面角的平面角为：（图2-2）;(图2-3)两个平面的法向量方向选取合适,可使法向量夹角就等于二面角的平面角。约定，在图2-2中，的方向对平面而言向外，的方向对平面而言向内；在图2-3中，的方向对平面而言向内，的方向对平面而言向内。我们只要用两个向量的向量积（简称“外积”，满足“右手定则”）使得两个半平面的法向量一个向内一个向外，则这两个半平面的法向量的夹角即为二面角的平面角。2、求空间距离2图2-4nabABβαm图2-2nmα图2-3nβABα图2-1-2Cn图2-1-1αBnAC（1）、异面直线之间距离:方法指导：如图2-4,①作直线a、b的方向向量、，求a、b的法向量，即此异面直线a、b的公垂线的方向向量；②在直线a、b上各取一点A、B，作向量；③求向量在上的射影d，则异面直线a、b间的距离为,其中（2）、点到平面的距离:方法指导：如图2-5,若点B为平面α外一点，点A为平面α内任一点，平面的法向量为，则点P到平面α的距离公式为（3）、直线与平面间的距离:方法指导：如图2-6,直线与平面之间的距离：，其中。是平面的法向量（4）、平面与平面间的距离:方法指导：如图2-7,两平行平面之间的距离：，其中。是平面、的法向量。3、证明（1）、证明线面垂直：在图2-8中,向是平面的法向量，是直线a的方向向量，证明平面的法向量与直线所在向量共线（）。（2）、证明线面平行：在图2-9中,向是平面的法向量，是直3图2-10βαmn图2-9αmaa图2-8αam图2-7αβABnAaBαn图2-6图2-5nAαMBNO线a的方向向量，证明平面的法向量与直线所在向量垂直（）。（3）、证明面面垂直：在图2-10中，是平面的法向量，是平面的法向量，证明两平面的法向量垂直（）（4）、证明面面平行：在图2-11中,向是平面的法向量，是平面的法向量，证明两平面的法向量共线（）。三、高考真题新解1、（2005全国I，18）（本大题满分12分）已知如图3-1,四棱锥P-ABCD的底面为直角梯形，AB∥DC，底面ABCD，且PA=AD=DC=AB=1，M是PB的中点奎屯王新敞新疆（Ⅰ）证明：面PAD⊥面PCD；（Ⅱ）求AC与PB所成的角；（Ⅲ）求面AMC与面BMC所成二面角的大小奎屯王新敞新疆解:以A点为原点,以分别以AD，AB，AP为x轴，y轴，z轴，建立空间直角坐标系A-xyz如图所示.，，设平面PAD的法向量为，，设平面PCD的法向量为，，即平面PAD平面PCD。，，，，设平在AMC的法向量为.又,设平面PCD的法向量为..面AMC与面BMC所成二面角的大小为.4图2-11αmβn图3-1CDMAPB2、(2006年云南省第一次统测19题)(本题满分12分)如图3-2，在长方体ABCD－A1B1C1D1中，已知AB＝AA1＝a，BC＝a，M是AD的中点。(Ⅰ)求证：AD∥平面A1BC；(Ⅱ)求证：平面A1MC⊥平面A1BD1；(Ⅲ)求点A到平面A1MC的距离。解:以D点为原点,分别以DA,DC,DD1为x轴,y轴,z轴,建立空间直角坐标系D-xyz如图所示.,,设...