平面法向量的求法及其应用
一、 平面的法向量
1、定义:如果α⊥→
a ,那么向量→
a 叫做平面α的法向量。平面α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α的法向量(,,1)n x y =r [或(,1,)n x z =v
,或
(1,,)n y z =r ],在平面α内任找两个不共线的向量,a b r r
。由n α⊥r ,得0n a ?=r r 且0n b ?=r r ,由此得到关于,x y 的方程组,解此方程组即可得到n r
。
方法二:任何一个z y x ,,的一次次方程的图形是平面;反之,任何一个平面的方程是z y x ,,的一次方程。
0=+++D Cz By Ax )0,,(不同时为C B A ,称为平面的一般方程。其法向量),,(C B A n =→
;若平面与3
个坐标轴的交点为),0,0(),0,,0(),0,0,(321c P b P a P ,如图所示,则平面方程为:1=++c
z
b y a x ,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→
→
?b a 为一长度等于
θsin ||||→
→
b a ,(θ为,两者交角,且πθ<<0),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→
→?b
a 的方向,→
→
→
→
?-=?a b b a 。:),,,(),,,(222111则设z y x b z y x a ==→
→
??=?→
→
21y y b a ,21z z 21x x - ,21z z 21x x
???
?
21y y (注:1、二阶行列式:c
a M =
cb ad d
b -=;2、适合右手定则。
) 例1、 已知,)1,2,1(),0,1,2(-==→
→
b a , 试求(1):;→
→
?b a (2):.→
→?a b
Key: (1) )5,2,1(-=?→
→
b a ;)5,2,1()2(-=?→
→
a b
例2、如图1-1,在棱长为2的正方体1111ABCD A B C D -中,
求平面AEF 的一个法向量n r
。 二、 平面法向量的应用
1、 求空间角
(1)、求线面角:如图2-1,设→
n 是平面α的法向
量,
图1-1 C 1
C
B
y
F
A D x
A 1
D 1 z
B 1
E )2,2,1(:=?=→→→AE A
F n key 法向量 A
B
α
图2-1-2
θ
C
→
n 图2-1-1
α
θ
B
→
n
A C
AB 是平面α的一条斜线,α∈A ,则AB 与平面α 所成的角为: 图2-1-1:
2,2
→
→→
→->=
<-=
AB n π
π
θ图2-1-2:2,π
θ=-
>=<→
→
AB n (2)、求面面角:设向量→
m ,→
n 分别是平面α、β的法向量,则二面角βα--l 的平面角为:
|
|||arccos
,→
→
→
→→
→??>== m n m θ(图2-2); | |||arccos ,→ → → →→ →??->== m n m πθ(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,→ m 的方向对平面α而言向外,→ n 的方向对平面β而言向内;在图2-3中,→ m 的方向对平面α而言向内,→ n 的方向对平面β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βα--l 的平面角。 2、 求空间距离 (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→ a 、→ b , 求a 、b 的法向量→ n ,即此异面直线a 、b ②在直线a 、b 上各取一点A 、B ,作向量→ AB ; ③求向量→ AB 在→n 上的射影d ,则异面直线a 、b 间的距离为 | |||→ → →?= n n AB d ,其中b B a A b n a n ∈∈⊥⊥→ →,,, 图2-3 | ,cos |><=→ →AB n θ (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| |||→ → →?= n n AB d (3)、直线与平面间的距离: 方法指导:如图2-6,直线a 与平面α之间的距离: || AB n d n ?=u u u r r r ,其中a B A ∈∈,α。n r 是平面α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,αβ之间的距离: | |||→ → → ?= n n AB d ,其中,A B αβ∈∈。n r 是平面α、β 3、 证明 (1)、证明线面垂直:在图2-8中,→ m 向是平面α 的法向量,→ a 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(→ →=a m λ)。 (2)、证明线面平行:在图2-9中,→m 向是平面α的法向量,→ a 是直线的方向 向量,证明平面的法向量与直线所在向量垂直(0=?→ →a m )。 (3)、证明面面垂直:在图2-10中,→ m 是平面α的法向量,→ n 是平面的法向 量,证明两平面的法向量垂直(0=?→→ n m ) (4)、证明面面平行:在图2-11中, → m 向是平面α的法向量,→ n 是平的法向 量,证明两平面的法向量共线(→ → =n m λ)。 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 , ⊥=∠PA DAB ,90ο 底面ABCD ,且PA=AD=DC=2 1AB=1, M 是PB 的 中点 (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 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. )1,0,0().(=→AP I Θ,)0,0,1(=→AD ,设平面PAD 的法向量为)0,1,0(-=?=→ →→AD AP m )0,1,0(=→ DC Θ又,)1,0,1(-=→ DP ,设平面PCD 的法向量为)1,0,1(=?=→ → → DP DC n 0=?∴→→n m ,→ →⊥∴n m ,即平面PAD ⊥平面PCD 。 ).(II )0,1,1(=→ AC Θ,)1,2,0(-=→ PB ,510 arccos | |||arccos ,=??>=∴<→ →→ →→ →PB AC PB AC PB AC ).(III )21,0,1(-=→CM Θ,)0,1,1(--=→CA ,设平在AMC 的法向量为)1,2 1 ,21(-=?=→→→CA CM m . 又)0,1,1(-=→CB Θ,设平面PCD 的法向量为)1,2 1 ,21(---=?=→→→CB CM n . )32 arccos(| |||arccos ,-=??>=∴<→→→ →→ →n m n m n m . ∴面AMC 与面BMC 所成二面角的大小为)32arccos(-.]3 2 arccos [-π或 2、(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 -A 1B 1C 1D 1中, 已知AB =AA 1=a ,B C =2a ,M 是AD 的中点。 (Ⅰ)求证:AD ∥平面A 1BC ; (Ⅱ)求证:平面A 1MC ⊥平面A 1BD 1; (Ⅲ)求点A 到平面A 1MC 的距离。 解:以D 点为原点,分别以DA,DC,DD 1为x 轴,y 轴,z 轴,建立空间直角坐标系D-xyz 如图所示. ).(I )0,0,2(a BC -=→Θ,),,0(1a a BA -=→,设平面A 1BC 的法向量为)2,2,0(221a a BA BC n =?=→ →→ 又)0,0,2(a AD -=→ Θ,0=?∴→→AD n ,→ →⊥∴n AD ,即AD//平面A 1BC. ).(II ),0,2 2 (a a MC =→ Θ, )0,,2 2 (1a a MA - =→ ,设平面A 1MC 的法向量为: )2 2,22, (2221a a a MA MC m -=?=→ →→, 图 又),,2(1a a a BD --=→Θ,),,0(1a a BA -=→,设平面A 1BD 1的法向量为: )2,2,0(2 211a a BA BD n =?=→ →→, 0=?∴→→n m ,→ →⊥∴n m ,即平面A 1MC ⊥平面A 1BD 1. ).(III 设点A 到平面A 1 MC 的距离为d, Θ)2 2,22, (2 221a a a MA MC m -=?=→ →→是平面A 1MC 的法向量, 又)0,0,22( a MA =→ Θ,∴A 点到平面A 1 MC 的距离为:a m MA m d 21 | |||=?=→→ → . 四、 用空间向量解决立体几何的“三步曲” (1)、建立空间直角坐标系(利用现有三条两两垂直的直线,注意已有的正、直条件,相关几何知识的综合运用,建立右手系),用空间向量表示问题中涉及的点、直线、平面,把立体几何问题转化为向量问题;(化为向量问题) (2)、通过向量运算,研究点、直线、平面之间的位置关系以及它们之间距离和夹角等问题;(进行向量运算) (3)、把向量的运算结果“翻译”成相应的几何意义。(回到图形问题) 平面向量高考经典试题 海口一中高中部黄兴吉同学辅导内部资料 一、选择题 1.(全国1文理)已知向量(5,6)a =-r ,(6,5)b =r ,则a r 与b r A .垂直 B .不垂直也不平行 C .平行且同向 D .平行且反向 解.已知向量(5,6)a =-r ,(6,5)b =r ,30300a b ?=-+=r r ,则a r 与b r 垂直,选A 。 2、(山东文5)已知向量(1)(1)n n ==-,,,a b ,若2-a b 与b 垂直,则=a ( ) A .1 B C .2 D .4 【答案】:C 【分析】:2(3,)n -a b =,由2-a b 与b 垂直可得: 2(3,)(1,)30n n n n ?-=-+=?= 2=a 。 3、(广东文4理10)若向量,a b r r 满足||||1a b ==r r ,,a b r r 的夹角为60°,则a a a b ?+?r r r r =______; 答案:3 2 ; 解析:1311122 a a a b ?+?=+??=r r r r , 4、(天津理10) 设两个向量22 (2,cos )a λλα=+-r 和(,sin ),2 m b m α=+r 其中,,m λα为 实数.若2,a b =r r 则m λ 的取值范围是 ( A.[6,1]- B.[4,8] C.(,1]-∞ D.[1,6]- 【答案】A 【分析】由22 (2,cos )a λλα=+-r ,(,sin ),2 m b m α=+r 2,a b =r r 可得 2222cos 2sin m m λλαα+=??-=+?,设k m λ =代入方程组可得222 22cos 2sin km m k m m αα+=??-=+?消去m 化简得2 2 22cos 2sin 22k k k αα??-=+ ? --?? ,再化简得 平面向量经典例题讲解 讲课时间:___________姓名:___________课时:___________讲课教师:___________ 一、选择题(题型注释) 1. 空间四边形OABC 中,OA a =u u u r r ,OB b =u u u r r , OC c =u u u r r ,点M 在OA 上,且MA OM 2=,N 为BC 的 中点,则MN u u u u r =( ) A C 【答案】B 【解析】 试 题 分 析 : 因 为 N 为 BC 的中点,则 , ,选 B 考点:向量加法、减法、数乘的几何意义; 2.已知平面向量a ,b 满足||1= a ,||2= b ,且()+⊥a b a ,则a 与b 的夹角是( ) (A (B (C (D 【答案】D 【解析】 试题分析:2()()00a b a a b a a a b +⊥∴+?=∴+?=r r r r r r r r r Q ,||1=a ,||2=b ,设夹角为θ,则 考点:本题考查向量数量积的运算 点评:两向量垂直的充要条件是点乘积得0,用向量运算得到cos θ的值,求出角 3.若OA u u r 、 OB u u u r 、OC uuu r 三个单位向量两两之间夹角为60u u r 【答案】D 【解析】 试题分析 :ΘOA u u r 、OB u u u r 、OC uuu r 三个单位向量两两之间夹角为 60° 6= r 考点:向量的数量积. 4.在平行四边形ABCD 中,AC 与BD 交于点O E ,是线段OD 的中点,AE 的延长线与CD 交于点F , 若AC a =u u u r r ,BD b =u u u r r ,则AF =u u u r ( ) A.1142a b +r r B.1233a b +r r C.1124a b +r r D.2133 a b +r r 【答案】D 【解析】 试题分析:由题意可知,AEB ?与FED ?相似,且相似比为3:1,所以由向量加减法 的平行四边形法则可知,,AB AD a AD AB b +=-=u u u r u u u r r u u u r u u u r r ,解得,故D 正确。 考点:平面向量的加减法 5.在边长为1的等边ABC ?中,,D E 分别在边BC 与AC 上,且BD DC =u u u r u u u r ,2 AE EC =u u u r u u u r 则AD BE ?=u u u r u u u r ( ) A .【答案】A 【解析】 试题分析:由已知,D E 分别在边BC 与AC 上,且BD DC =u u u r u u u r , 2AE EC =u u u r u u u r 则D 是BC 的中轴点,E 为AC 的三等分点,以D 为坐标原点,DA 所在直线为y 轴,BC 边所在直线为x 轴,建立平面直角坐标系, ,设),(y x E ,由EC AE =2可得: 平面向量测试题 新泰一中 闫辉 一.选择题(5分×10=50分) 1.下列命题中正确的是( ) A.单位向量都相等 B.长度相等且方向相反的两个向量不一定是共线向量 C.若a ,b 满足|a |>|b |且a 与b 同向,则a >b D.对于任意向量a 、b ,必有|a +b |≤|a |+|b | 2.下列向量给中,能作为表示它们所在平面内所有向量的基底的是 ( ) A .e 1=(0,0), e 2 =(1,-2) ; B .e 1=(-1,2),e 2 =(5,7); C .e 1=(3,5),e 2 =(6,10); D .e 1=(2,-3) ,e 2 =)4 3,21 ( 3.如果e 1、 e 2是平面α内两个不共线的向量,那么在下列各说法中错误的有 ( ) ①λe 1+μe 2(λ, μ∈R)可以表示平面α内的所有向量; ②对于平面α中的任一向量a ,使a =λe 1+μe 2的λ, μ有无数多对; ③若向量λ1e 1+μ1e 2与λ2e 1+μ2e 2共线,则有且只有一个实数k ,使λ2e 1+μ2e 2=k (λ1e 1+μ1e 2); ④若实数λ, μ使λe 1+μe 2=0,则λ=μ=0. A .①② B .②③ C .③④ D .仅② 4.平面直角坐标系中,O 为坐标原点,已知两点A (3,1),B (-1,3) 若点C (x , y )满足OC u u u r =αOA u u u r +βOB u u u r ,其中α,β∈R 且α+β=1, 则x , y 所满足的关系式为 ( ) A .3x +2y -11=0 B .(x -1)2+(y -2)2=5 C .2x -y =0 D .x +2y -5=0 5.已知O 是ABC △所在平面内一点,D 为BC 边中点,且 2OA OB OC ++=0u u u r u u u r u u u r ,那么( ) A.AO OD =u u u r u u u r B.2AO OD =u u u r u u u r C.3AO OD =u u u r u u u r D.2AO OD =u u u r u u u r 6.若三点P (1,1),A (2,-4),B (x,-9)共线,则( ) A.x=-1 B.x=3 C.x=2 9 D.x=51 7.设四边形ABCD 中,有=21 ,且||=||,则这个 四边形是( ) A.平行四边形 B.矩形 C.等腰梯形 D.菱形 8.已知平行四边形的3个顶点为A(a,b),B(-b,a),C(0,0), 则它的第4个顶点D 的坐标是( ) A .(2a,b) B.(a-b,a+b) C.(a+b,b-a) D.(a-b,b-a) 9.三角形ABC ,已知AB →=a ,AC →=b ,BD →=3DC →,用a ,b 表示AD →,则AD →等于( ) 平面向量高考经典试题 一、选择题 1.(全国1文理)已知向量(5,6)a =-,(6,5)b =,则a 与b A .垂直 B .不垂直也不平行 C .平行且同向 D .平行且反向 2、(山东文5)已知向量(1)(1)n n ==-,,,a b ,若2-a b 与b 垂直,则=a ( ) A .1 B .2 C .2 D .4 3、(广东文4理10)若向量,a b 满足||||1a b ==,,a b 的夹角为60°,则a a a b ?+?=______; 答案:3 2 ; 4、(天津理10) 设两个向量22(2,cos )a λλα=+-和(, sin ),2 m b m α=+其中,,m λα为实数.若2,a b =则m λ 的取值范围是 ( A.[6,1]- B.[4,8] C.(,1]-∞ D.[1,6]- 5、(山东理11)在直角ABC ?中,CD 是斜边AB 上的高,则下列等式不成立的是 (A )2 AC AC AB =? (B ) 2 BC BA BC =? (C )2AB AC CD =? (D ) 2 2 ()() AC AB BA BC CD AB ???= 6、(全国2 理5)在?ABC 中,已知D 是AB 边上一点,若AD =2DB , CD =CB CA λ+3 1 ,则= (A) 3 2 (B) 3 1 (C) - 3 1 (D) - 3 2 7、(全国2理12)设F 为抛物线y 2 =4x 的焦点,A 、B 、C 为该抛物线上三点,若 ++=0,则|FA|+|FB|+|FC|= (A)9 (B) 6 (C) 4 (D) 3 8、(全国2文6)在ABC △中,已知D 是AB 边上一点,若 平面向量: 1. 已知向量a =(1,2),b =(2,0),若向量λa +b 与向量c =(1,- 2)共线,则实数λ等于( ) A .-2 B .-13 C .-1 D .-23 [答案] C [解析] λa +b =(λ,2λ)+(2,0)=(2+λ,2λ), ∵λa +b 与c 共线, ∴-2(2+λ)-2λ=0,∴λ=-1. 2. (文)已知向量a =(3,1),b =(0,1),c =(k ,3),若a +2b 与 c 垂直,则k =( ) A .-1 B .- 3 C .-3 D .1 [答案] C [解析] a +2b =(3,1)+(0,2)=(3,3), ∵a +2b 与c 垂直,∴(a +2b )·c =3k +33=0, ∴k =-3. (理)已知a =(1,2),b =(3,-1),且a +b 与a -λb 互相垂直,则实数λ的值为( ) A .-611 B .-116 C.6 11D. 11 6 [答案] C [解析] a+b=(4,1),a-λb=(1-3λ,2+λ), ∵a+b与a-λb垂直, ∴(a+b)·(a-λb)=4(1-3λ)+1×(2+λ)=6-11λ=0,∴λ =6 11 . 3.设非零向量a、b、c满足|a|=|b|=|c|,a+b=c,则向量a、 b间的夹角为( ) A.150° B.120° C.60° D.30° [答案] B [解析] 如图,在?ABCD中, ∵|a|=|b|=|c|,c=a+b,∴△ABD为正三角形, ∴∠BAD=60°,∴〈a,b〉=120°,故选B. (理)向量a ,b 满足|a |=1,|a -b |=3 2,a 与b 的夹角为60°, 则|b |=( ) A.12 B.1 3 C.1 4 D.15 [答案] A [解析] ∵|a -b |=32,∴|a |2+|b |2 -2a ·b =34, ∵|a |=1,〈a ,b 〉=60°, 设|b |=x ,则1+x 2 -x =34,∵x >0,∴x =1 2 . 4. 若AB →·BC →+AB →2=0,则△ABC 必定是( ) A .锐角三角形 B .直角三角形 C .钝角三角形 D .等腰直角三角形 [答案] B [解析] AB →·BC →+AB →2=AB →·(BC →+AB →)=AB →·AC →=0,∴AB →⊥AC →, ∴AB ⊥AC ,∴△ABC 为直角三角形. 5. (文)若向量a =(1,1),b =(1,-1),c =(-2,4),则用a ,b 表示 c 为( ) A .-a +3b B .a -3b 一、多选题1.题目文件丢失! 2.若a →,b →,c → 是任意的非零向量,则下列叙述正确的是( ) A .若a b →→ =,则a b →→ = B .若a c b c →→→→?=?,则a b →→ = C .若//a b →→,//b c →→,则//a c →→ D .若a b a b → → → → +=-,则a b →→ ⊥ 3.在ABC 中,a ,b ,c 分别为角A ,B ,C 的对边,已知 cos cos 2B b C a c =-, ABC S = △b = ) A .1cos 2 B = B .cos 2 B = C .a c += D .a c +=4.在ABC 中,内角A ,B ,C 所对的边分别为a ,b ,c ,ABC 的面积为S .下列 ABC 有关的结论,正确的是( ) A .cos cos 0A B +> B .若a b >,则cos2cos2A B < C .24sin sin sin S R A B C =,其中R 为ABC 外接圆的半径 D .若ABC 为非直角三角形,则tan tan tan tan tan tan A B C A B C ++= 5.已知ABC 的面积为3,在ABC 所在的平面内有两点P ,Q ,满足20PA PC +=, 2QA QB =,记APQ 的面积为S ,则下列说法正确的是( ) A .//P B CQ B .2133 BP BA BC = + C .0PA PC ?< D .2S = 6.在ABC ?中,内角,,A B C 的对边分别为,,,a b c 若,2,6 A a c π ===则角C 的大小 是( ) A . 6 π B . 3 π C . 56 π D . 23 π 7.已知点()4,6A ,33,2B ??- ??? ,与向量AB 平行的向量的坐标可以是( ) A .14,33?? ??? B .97,2?? ??? C .14,33??-- ??? D .(7,9) 平面向量 【基本概念与公式】 【任何时候写向量时都要带箭头】 1.向量:既有大小又有方向的量。记作:AB 或a 。 2.向量的模:向量的大小(或长度),记作:||AB 或||a 。 3.单位向量:长度为1的向量。若e 是单位向量,则||1e =。 4.零向量:长度为0的向量。记作:0。【0方向是任意的,且与任意向量平行】 5.平行向量(共线向量):方向相同或相反的向量。 6.相等向量:长度和方向都相同的向量。 7.相反向量:长度相等,方向相反的向量。AB BA =-。 8.三角形法则: ) AB BC AC +=;AB BC CD DE AE +++=;AB AC CB -=(指向被减数) 9.平行四边形法则: 以,a b 为临边的平行四边形的两条对角线分别为a b +,a b -。 10.共线定理://a b a b λ=?。当0λ>时,a b 与同向;当0λ<时,a b 与反向。 11.基底:任意不共线的两个向量称为一组基底。 12.向量的模:若(,)a x y =,则2||a x y =+,22||a a =,2||()a b a b +=+ 13.数量积与夹角公式:||||cos a b a b θ?=?; cos ||||a b a b θ?= ? 14.平行与垂直:1221//a b a b x y x y λ?=?=;121200a b a b x x y y ⊥??=?+= 题型1.基本概念判断正误: (1)共线向量就是在同一条直线上的向量。 ) (2)若两个向量不相等,则它们的终点不可能是同一点。 (3)与已知向量共线的单位向量是唯一的。 (4)四边形ABCD 是平行四边形的条件是AB CD =。 平面向量测试题 一、选择题: 1。已知ABCD 为矩形,E 是DC 的中点,且?→?AB =→a ,?→?AD =→b ,则?→ ?BE =( ) (A ) →b +→a 2 1 (B ) →b -→a 2 1 (C ) →a +→b 2 1 (D ) →a -→ b 2 1 2.已知B 是线段AC 的中点,则下列各式正确的是( ) (A ) ?→?AB =-?→?BC (B ) ?→?AC =?→?BC 2 1 (C ) ?→?BA =?→?BC (D ) ?→?BC =?→ ?AC 2 1 3.已知ABCDEF 是正六边形,且?→?AB =→a ,?→?AE =→b ,则?→ ?BC =( ) (A ) )(2 1→→-b a (B ) )(2 1 →→-a b (C ) →a +→b 2 1 (D ) )(2 1→ →+b a 4.设→a ,→b 为不共线向量,?→?AB =→a +2→b ,?→?BC =-4→a -→b ,?→ ?CD = -5→a -3→ b ,则下列关系式中正确的是 ( ) (A )?→?AD =?→?BC (B )?→?AD =2?→ ?BC (C )?→?AD =-?→?BC (D )?→?AD =-2?→ ?BC 5.将图形F 按→ a =(h,k )(其中h>0,k>0)平移,就是将图形F ( ) (A ) 向x 轴正方向平移h 个单位,同时向y 轴正方向平移k 个单位。 (B ) 向x 轴负方向平移h 个单位,同时向y 轴正方向平移k 个单位。 (C ) 向x 轴负方向平移h 个单位,同时向y 轴负方向平移k 个单位。 (D ) 向x 轴正方向平移h 个单位,同时向y 轴负方向平移k 个单位。 6.已知→a =()1,2 1,→ b =(), 2 22 3- ,下列各式正确的是( ) (A ) 2 2?? ? ??=??? ??→ →b a (B ) →a ·→b =1 (C )→a =→b (D )→a 与→b 平行 7.设→ 1e 与→ 2e 是不共线的非零向量,且k →1e +→2e 与→1e +k → 2e 共线,则k 的值是( ) (A ) 1 (B ) -1 (C )1±(D ) 任意不为零的实数 8.在四边形ABCD 中,?→ ?AB =?→ ?DC ,且?→?AC ·?→ ?BD =0,则四边形ABCD 是( ) (A ) 矩形 (B ) 菱形 (C ) 直角梯形 (D ) 等腰梯形 平面向量 题型1.基本概念判断正误: 例2 (1)化简:①AB BC CD ++=u u u r u u u r u u u r ___;②AB AD DC --=u u u r u u u r u u u r ____;③()()AB CD AC BD ---=u u u r u u u r u u u r u u u r _____ (2)若正方形ABCD 的边长为1,,,AB a BC b AC c ===u u u r r u u u r r u u u r r ,则||a b c ++r r r =_____ (3)若O 是ABC V 所在平面内一点,且满足2OB OC OB OC OA -=+-u u u r u u u r u u u r u u u r u u u r ,则ABC V 的形状为_ 9.与向量a =(12,5)平行的单位向量为 ( ) A .125,1313??- ??? B .12 5,1313??-- ??? C .125125,,13131313????-- ? ?????或 D .125125,,13131313???? -- ? ????? 或 10.如图,D 、E 、F 分别是?ABC 边AB 、BC 、CA 上的 中点,则下列等式中成立的有_________: ①+-=u u u r u u u r u u u r FD DA AF 0 ②+-=u u u r u u u r u u u r FD DE EF 0 ③+-=u u u r u u u r u u u r DE DA BE 0 ④+-=u u u r u u u r u u u r AD BE AF 0 11.设P 是△ABC 所在平面内的一点,2BC BA BP +=u u u r u u u r u u u r ,则( ) A.0PA PB +=u u u r u u u r r B.0PC PA +=u u u r u u u r r C.0PB PC +=u u u r u u u r r D.0PA PB PC ++=u u u r u u u r u u u r r 12.已知点(3,1)A ,(0,0)B ,(3,0)C .设BAC ∠的平分线AE 与BC 相交于E ,那么有BC CE λ=u u u r u u u r ,其中λ等于 ( ) A.2 B. 1 2 C.-3 D.-13 13.设向量a=(1, -3),b=(-2,4),c =(-1,-2),若表示向量4a ,4b -2c ,2(a -c ),d 的有向线段首尾相接能构成四边形, 则向量d 为 ( ) A.(2,6) B.(-2,6) C.(2,-6) D.(-2,-6) 14.如图2,两块斜边长相等的直角三角板拼在一起,若AD xAB yAC =+u u u r u u u r u u u r ,则 x = ,y = . 图2 15、已知O 是ABC △所在平面内一点D 为BC 边中点且20OA OB OC ++=u u u r u u u r u u u r r 那么( ) A.AO OD =u u u r u u u r B.2AO OD =u u u r u u u r C.3AO OD =u u u r u u u r D.2AO OD =u u u r u u u r 题型3平面向量基本定理 F E C B A 经典习题平面法向量求法及应用 平面法向量的求法及其应用 一、 平面的法向量 1、定义:如果α⊥→ a ,那么向量→ a 叫做平面α的法向量。 平面α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α的法向量 (,,1) n x y =r [或 (,1,) n x z =v ,或 (1,,) n y z =r ],在平面α内任找两个不共线的向量 ,a b r r 。由 n α ⊥r ,得 n a ?=r r 且 n b ?=r r ,由此得到 关于,x y 的方程组,解此方程组即可得到n r 。 方法二:任何一个z y x ,,的一次次方程的图形是平面;反之,任何一个平面的方程是z y x ,,的一次方程。0=+++D Cz By Ax ) 0,,(不同时为C B A ,称为平面的一般方程。其法向量),,(C B A n =→ ; 若平面与3个坐标轴的交点为),0,0(),0,,0(),0,0,(3 2 1 c P b P a P ,如图所 示,则平面方程为:1=++c z b y a x ,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→ →?b a 为一长 度等于θsin ||||→ → b a ,(θ为,两者交角,且πθ<<0),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→ → ?b a 的方向,→ → → → ?-=?a b b a 。:),,,(),,,(222111则设z y x b z y x a ==→ → ??=?→ →2 1y y b a ,2 1z z 2 1x x - ,21 z z 2 1 x x ??? ?21y y (注:1、二阶行列式:c a M = cb ad d b -=;2、适合右手定则。) C 1A 1 D 1 z B E 高中数学经典解题技巧:平面向量【编者按】平面向量是高中数学考试的必考内容,而且是这几年考试解答题的必选,无论是期中、期末还是会考、高考,都是高中数学的必考内容之一。因此,马博士教育网数学频道编辑部特意针对这部分的内容和题型总结归纳了具体的解题技巧和方法,希望能够帮助到高中的同学们,让同学们有更多、更好、更快的方法解决数学问题。好了,下面就请同学们跟我们一起来探讨下平面向量的经典解题技巧。 首先,解答平面向量这方面的问题时,先要搞清楚以下几个方面的基本概念性问题,同学们应该先把基本概念和定理完全的吃透了、弄懂了才能更好的解决问题:1.平面向量的实际背景及基本概念 (1)了解向量的实际背景。 (2)理解平面向量的概念,理解两个向量相等的含义。 (3)理解向量的几何意义。 2.向量的线性运算 (1)掌握向量加法、减法的运算,并理解其几何意义。 (2)掌握向量数乘的运算及其几何意义,理解两个向量共线的含义。 (3)了解向量线性运算的性质及其几何意义。 3.平面向量的基本定理及坐标表示 (1)了解平面向量的基本定理及其意义。 (2)掌握平面向量的正交分解及其坐标表示。 (3)会用坐标表示平面向量的加法、减法与数乘运算。 (4)理解用坐标表示的平面向量共线的条件。 4.平面向量的数量积 (1)理解平面向量数量积的含义及其物理意义。 (2)了解平面向量的数量积与向量投影的关系。 (3)掌握数量积的坐标表达式,会进行平面向量数量积的运算。 (4)能运用数量积表示两个向量的夹角,会用数量积判断两个平面向量的垂直 关系。 5. 向量的应用 (1)会用向量方法解决某些简单的平面几何问题。 (2)会用向量方法解决简单的力学问题与其他一些实际问题。 平面向量: 1. 已知向量a =(1,2),b =(2,0),若向量λa +b 与向量c =(1,-2)共线,则实数λ等于( ) A .-2 B .-1 3 C .-1 D .-23 [答案] C [解析] λa +b =(λ,2λ)+(2,0)=(2+λ,2λ), ∵λa +b 与c 共线, ∴-2(2+λ)-2λ=0,∴λ=-1. 2. (文)已知向量a =(3,1),b =(0,1),c =(k ,3),若a +2b 与c 垂直,则k =( ) A .-1 B .-3 C .-3 D .1 [答案] C [解析] a +2b =(3,1)+(0,2)=(3,3), ∵a +2b 与c 垂直,∴(a +2b )·c =3k +33=0, ∴k =-3. (理)已知a =(1,2),b =(3,-1),且a +b 与a -λb 互相垂直,则实数λ的值为( ) A .-611 B .-116 C.611 D.116 [答案] C [解析] a +b =(4,1),a -λb =(1-3λ,2+λ), ∵a+b与a-λb垂直, ∴(a+b)·(a-λb)=4(1-3λ)+1×(2+λ)=6-11λ=0,∴λ=6 11 . 3.设非零向量a、b、c满足|a|=|b|=|c|,a+b=c,则向量a、b间的夹角为( ) A.150° B.120° C.60° D.30° [答案] B [解析] 如图,在?ABCD中, ∵|a|=|b|=|c|,c=a+b,∴△ABD为正三角形, ∴∠BAD=60°,∴〈a,b〉=120°,故选B. (理)向量a,b满足|a|=1,|a-b|= 3 2 ,a与b的夹角为60°,则|b|=( ) A.1 2 B. 1 3 C.1 4 D. 1 5 [答案] A [解析] ∵|a-b|= 3 2 ,∴|a|2+|b|2-2a·b= 3 4 , 平面向量经典例题: 1. 已知向量a =(1,2),b =(2,0),若向量λa +b 与向量c =(1,-2)共线,则实数λ等于( ) A .-2 B .-13 C .-1 D .-23 [答案] C [解析] λa +b =(λ,2λ)+(2,0)=(2+λ,2λ),∵λa +b 与c 共线,∴-2(2+λ)-2λ=0,∴λ=-1. 2. (文)已知向量a =(3,1),b =(0,1),c =(k , 3),若a +2b 与c 垂直,则k =( ) A .-1 B .- 3 C .-3 D .1 [答案] C [解析] a +2b =( 3,1)+(0,2)=( 3,3), ∵a +2b 与c 垂直,∴(a +2b )·c = 3k +3 3=0,∴k =-3. (理)已知a =(1,2),b =(3,-1),且a +b 与a -λb 互相垂直,则实数λ的值为( ) A .- 611 B .-116 C.611 D.11 6 [答案] C [解析] a +b =(4,1),a -λb =(1-3λ,2+λ), ∵a +b 与a -λb 垂直, ∴(a +b )·(a -λb )=4(1-3λ)+1×(2+λ)=6-11λ=0,∴λ=611 . 3. 设非零向量a 、b 、c 满足|a |=|b |=|c |,a +b =c ,则向量a 、b 间的夹角为( ) A .150° B .120° C .60° D .30° [答案] B [解析] 如图,在?ABCD 中, ∵|a |=|b |=|c |,c =a +b ,∴△ABD 为正三角形,∴∠BAD =60°, 一、多选题 1.若a →,b →,c → 是任意的非零向量,则下列叙述正确的是( ) A .若a b →→ =,则a b →→ = B .若a c b c →→→→?=?,则a b →→ = C .若//a b →→,//b c →→,则//a c →→ D .若a b a b → → → → +=-,则a b →→ ⊥ 2.已知,,a b c 是同一平面内的三个向量,下列命题中正确的是( ) A .||||||a b a b ?≤ B .若a b c b ?=?且0b ≠,则a c = C .两个非零向量a ,b ,若||||||a b a b -=+,则a 与b 共线且反向 D .已知(1,2)a =,(1,1)b =,且a 与a b λ+的夹角为锐角,则实数λ的取值范围是 5,3??-+∞ ??? 3.已知ABC 的面积为3,在ABC 所在的平面内有两点P ,Q ,满足20PA PC +=, 2QA QB =,记APQ 的面积为S ,则下列说法正确的是( ) A .//P B CQ B .21 33 BP BA BC = + C .0PA PC ?< D .2S = 4.在ABC 中,角A ,B ,C 所对的边分别是a ,b ,c ,下列说法正确的有( ) A .::sin :sin :sin a b c A B C = B .若sin 2sin 2A B =,则a b = C .若sin sin A B >,则A B > D . sin sin sin +=+a b c A B C 5.设P 是ABC 所在平面内的一点,3AB AC AP +=则( ) A .0PA PB += B .0PB PC += C .PA AB PB += D .0PA PB PC ++= 6.在ABC 中,内角,,A B C 所对的边分别为,,a b c .根据下列条件解三角形,其中有两 解的是( ) A .10,45,70b A C ==?=? B .45,48,60b c B ===? C .14,16,45a b A ===? D .7,5,80a b A ===? 7.以下关于正弦定理或其变形正确的有( ) A .在ABC 中,a :b :c =sin A :sin B :sin C 高一数学 第八章 平面向量 第一讲 向量的概念与线性运算 一.【要点精讲】 1.向量的概念 ①向量:既有大小又有方向的量。几何表示法AB u u u r ,a ;坐标表示法),(y x j y i x a 。 向量的模(长度),记作|AB u u u r |.即向量的大小,记作|a |。 向量不能比较大小,但向量的模可以比较大小. ②零向量:长度为0的向量,记为0 ,其方向是任意的,规定0r 平行于任何向量。(与0的区 别) ③单位向量| a |=1。④平行向量(共线向量)方向相同或相反的非零向量,记作a ∥b ⑤相等向量记为b a 。大小相等,方向相同) ,(),(2211y x y x 2121y y x x 2.向量的运算 (1)向量加法:求两个向量和的运算叫做向量的加法. 如图,已知向量a ,b ,在平面内任取一点A ,作AB u u u r a ,BC u u u r b ,则向量AC 叫做a 与b 的和,记作a+b ,即 a+b AB BC AC u u u r u u u r u u u r 特殊情况: a b a b a+b b a a+b (1) 平行四边形法则三角形法则C B D C B A A a b b b a A A B C C ) 2() 3( 向量加法的三角形法则可推广至多个向量相加: AB BC CD PQ QR AR u u u r u u u r u u u r u u u r u u u r u u u r L ,但这时必须“首尾相连”。 ②向量减法: 同一个图中画出a b a b r r r r 、 要点:向量加法的“三角形法则”与“平行四边形法则” (1)用平行四边形法则时,两个已知向量是要共始点的,和向量是始点与已知向量的始点重合的那条对角线,而差向量是另一条对角线,方向是从减向量指向被减向量。 (2) 三角形法则的特点是“首尾相接”,由第一个向量的起点指向最后一个向量的终点的有向线段就表示这些向量的和;差向量是从减向量的终点指向被减向量的终点. (3)实数与向量的积 3.两个向量共线定理:向量b 与非零向量a 共线 有且只有一个实数 ,使得b =a 。 二.【典例解析】 题型一: 向量及与向量相关的基本概念概念 例1判断下列各命题是否正确 (1)零向量没有方向 (2)b a b a 则, (3)单位向量都相等 (4) 向量就是有向线段 (5)两相等向量若共起点,则终点也相同 (6)若b a ,c b ,则c a ; (7)若b a //,c b //,则c a // (8) b a 的充要条件是||||b a 且b a //; (9) 若四边形ABCD 是平行四边形,则DA BC CD B ,A 练习. (四川省成都市一诊)在四边形ABCD 中,“AB →=2DC →”是“四边形ABCD 为梯形”的 A 、充分不必要条件 B 、必要不充分条件 C 、充要条件 D 、既不充分也不必要条件 题型二: 考查加法、减法运算及相关运算律 例2 化简)()(BD AC CD AB = 练习1.下列命题中正确的是 A .OA O B AB u u u r u u u r u u u r B .0AB BA u u u r u u u r C .00AB r u u u r r D .AB BC CD AD u u u r u u u r u u u r u u u r 2.化简AC u u u r BD u u u r CD u u u r AB u u u r 得 A .A B u u u r B .DA C .BC D .0r 3.如图,D 、E 、F 分别是△ABC 的边AB 、BC 、CA 的中点,则 高中数学空间向量之--平面法向量的求法及其应用 平面的法向量 仁定义:如果a _ :,那么向量a 叫做平面二的法向量。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 斗 ■ 4 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n =(x,y,1)[或n =(x,1,z),或n =(1yZ ], 在平面:内任找两个不共线的向量 a,b 。由n _ :?,得n a = 0且n b = 0,由此得到关于 x, y 的方程组,解此 i 方程组即可得到n 。 方法二:任何一个 x, y, z 的一次次方程的图形是平面;反之,任何一个平面的方程是 Ax By Cz ^0 (代B,C 不同时为0),称为平面的一般方程。其法向量 n -(A, B,C);若平面与3个坐 标轴的交点为R(a,0,0), P 2(0,b,0), P 3(0,0, c),如图所示,则平面方程为?上 ]--1,称此方程为平面的截距 a b c 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 a b 为一长度等于|a||b|sinr , ( 9为 ..,.两者交角,且Ou :::二),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 .. 例 1、 已知,al(2,1,0),b'(-1,2,1), T T —f —f 试求(1): a^b ; (2): b 汉a. T T T T Key: (1) a b =(1,-2,5);⑵ b a =(-1,2,5) 例2、如图1-1,在棱长为2的正方体 ABCD -A 1B 1C 1D 1中, 7 T T T 的方向转为 匸的方向时,大拇指所指的方向规定为a b 的方向 ^( x i ,y i ,z i ),^(x 2, r 「 T T 丫2二2),则:a b = Z 2 X 1乙 X 2 Z 2 X 1 X 2 y 1 y 2 (注:1、二阶行列式 =ad —cb ; d 2、适合右手定 则。 x, y, z 的一次方程。 平面向量典型例题 平面向量经典例题: 1. 已知向量a =(1,2),b =(2,0),若向量λa +b 与向量c =(1,-2)共线,则实数λ等于( ) A .-2 B .-13 C .-1 D .-23 [答案] C [解析] λa +b =(λ,2λ)+(2,0)=(2+λ,2λ),∵λa +b 与c 共线,∴-2(2+λ)-2λ=0,∴λ=-1. 2. (文)已知向量a =(3,1),b =(0,1),c =(k ,3),若a +2b 与c 垂直,则k =( ) A .-1 B .- 3 C .-3 D .1 [答案] C [解析] a +2b =(3,1)+(0,2)=(3,3), ∵a +2b 与c 垂直,∴(a +2b )·c =3k +33=0,∴k =-3. (理)已知a =(1,2),b =(3,-1),且a +b 与a -λb 互相垂直,则实数λ的值为( ) A .-611 B .-116 C.611 D.116 [答案] C [解析] a +b =(4,1),a -λb =(1-3λ,2+λ), ∵a +b 与a -λb 垂直, ∴(a +b )·(a -λb )=4(1-3λ)+1×(2+λ)=6-11λ=0,∴λ=6 11. 3. 设非零向量a 、b 、c 满足|a |=|b |=|c |,a +b =c ,则向量a 、b 间的夹角为( ) A .150° B .120° C .60° D .30° [答案] B [解析] 如图,在?ABCD 中, ∵|a |=|b |=|c |,c =a +b ,∴△ABD 为正三角形,∴∠BAD =60°,∴〈a ,b 〉=120°,故选B. (理)向量a ,b 满足|a |=1,|a -b |=3 2 ,a 与b 的夹角为60°,则|b |=( ) A.12 B.13 C.14 D.15 [答案] A [解析] ∵|a -b |= 32,∴|a |2+|b |2-2a ·b =34 ,∵|a |=1,〈a ,b 〉=60°, 设|b |=x ,则1+x 2-x =34,∵x >0,∴x =1 2 . 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α⊥→ a ,那么向量→ a 叫做平面α的法向量。平面α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α的法向量(,,1)n x y =[或(,1,)n x z =,或( 1,,)n y z =],在平面α内任找两个不共线的向量,a b 。由n α⊥,得0n a ?=且0n b ?=,由此得到关于,x y 的方程组,解此方程组即可得到n 。 方法二:任何一个z y x ,,的一次次方程的图形是平面;反之,任何一个平面的方程是z y x ,,的一次方程。 0=+++D Cz By Ax )0,,(不同时为C B A ,称为平面的一般方程。其法向量),,(C B A n =→ ;若平面与3个坐 标轴的交点为),0,0(),0,,0(),0,0,(321c P b P a P ,如图所示,则平面方程为:1=++c z b y a x ,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→ → ?b a 为一长度等于θsin ||||→ → b a ,(θ 为 ,两者交角,且πθ<<0),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→→?b a 的方向,→ →→→?-=?a b b a 。 :),,,(),,,(222111则设z y x b z y x a ==→ → ??=?→ → 21y y b a ,2 1z z 21x x - ,21z z 21x x ???? 21y y (注:1、二阶行列式:c a M = cb ad d b -=;2、适合右手定则。 ) 例1、 已知,)1,2,1(),0,1,2(-==→ → b a , 试求(1):;→ → ?b a (2):.→ →?a b Key: (1) )5,2,1(-=?→ → b a ;)5,2,1()2(-=?→ → a b 例2、如图1-1,在棱长为2的正方体1111ABCD A B C D -中, 求平面AEF 的一个法向量n 。 )2,2,1(:=?=→ →→AE AF n key 法向量 平面向量经典例题: 1.已知向量a=(1,2),b=(2,0),若向量λa+b与向量c=(1,-2)共线,则实数λ等于() A.-2B.-1 3 C.-1 D.-2 3 [答案] C [解析]λa+b=(λ,2λ)+(2,0)=(2+λ,2λ),∵λa+b与c共线,∴-2(2+λ)-2λ=0,∴λ=-1. 2.(文)已知向量a=(3,1),b=(0,1),c=(k,3),若a+2b与c垂直,则k=() A.-1 B.- 3 C.-3 D.1 [答案] C [解析]a+2b=(3,1)+(0,2)=(3,3), ∵a+2b与c垂直,∴(a+2b)·c=3k+33=0,∴k=-3. (理)已知a=(1,2),b=(3,-1),且a+b与a-λb互相垂直,则实数λ的值为() A.-6 11B.- 11 6 C.6 11 D. 11 6 [答案] C [解析]a+b=(4,1),a-λb=(1-3λ,2+λ), ∵a+b与a-λb垂直, ∴(a+b)·(a-λb)=4(1-3λ)+1×(2+λ)=6-11λ=0,∴λ=6 11. 3.设非零向量a、b、c满足|a|=|b|=|c|,a+b=c,则向量a、b间的夹角为() A.150°B.120° C.60°D.30° [答案] B [解析]如图,在?ABCD中, ∵|a|=|b|=|c|,c=a+b,∴△ABD为正三角形,∴∠BAD=60°,∴ 〈a,b〉=120°,故选B. (理)向量a,b满足|a|=1,|a-b|= 3 2,a与b的夹角为60°,则|b|=() A.1 2 B. 1 3 C.1 4 D. 1 5 [答案] A平面向量测试题_高考经典试题_附详细答案
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