辽宁省葫芦岛市第八高级中学高中数学 3.1.5空间向量运算的坐标表示 导学案（无答案）新人教A版选修2-1

§3.1.5 空间向量运算的坐标表示

学习目标 1. 掌握空间向量的长度公式、夹角公式、两点间距离公式、中点坐标公式； 2. 会用这些公式解决有关问题. 学习过程 一、课前准备 （预习教材P95~ P97，找出疑惑之处）

复习1：设在平面直角坐标系中，A(1,3)，B(?1,2)，则线段︱AB︱＝ .

rr复习2：已知a???3,2,5?,b??1,5,?1?，求：

⑴a＋B. ⑵3a－b； ⑶6A. ； ⑷a·b.

二、新课导学 ※ 学习探究

探究任务一：空间向量坐标表示夹角和距离公式

问题：在空间直角坐标系中，如何用坐标求线段的长度和两个向量之间的夹角？ 新知：

1. 向量的模：设a＝(a1,a2,a3)，则｜a｜＝

2. 两个向量的夹角公式：

设a＝(a1,a2,a3)，b＝(b1,b2,b3)，

由向量数量积定义： a·b＝|a||b|cos＜a,b＞， 又由向量数量积坐标运算公式：a·b＝ ， 由此可以得出：cos＜a,b＞＝

试试：

① 当cos＜a、b＞＝1时，a与b所成角是 ； ② 当cos＜a、b＞＝－1时，a与b所成角是 ； ③ 当cos＜a、b＞＝0时，a与b所成角是 ， 即a与b的位置关系是 ，用符合表示为 .

反思：

设a＝(a1,a2,a3)，b＝(b1,b2,b3)，则

⑴ a//B. ? a与b所成角是 ? a与b的坐标关系为 ； ⑵ a⊥b?a与b的坐标关系为 ；

3. 两点间的距离公式：

在空间直角坐标系中，已知点A(x1,y1,z1)，B(x2,y2,z2)，则线段AB的长度为：

AB?(x2?x1)2?(y1?y2)2?(z1?z2)2.

4. 线段中点的坐标公式：

B(x2,y2,z2)，在空间直角坐标系中，已知点A(x1,y1,z1)，则线段AB的中点坐标为: .

※ 典型例题

例1. 如图,在正方体ABCD?A1B1C1D1中，点E1,F1分别是A1B1,C1D1的一个四等分点，求BE1与DF1所成的角的余弦值．

变式：如上图,在正方体ABCD?A1B1C1D1中，B1E1?D1F1?A1B1，求BE1与DF1所成角的余3弦值．

例2. 如图，正方体ABCD?A1B1C1D1中，点E,F分别是BB1,D1B1的中点，求证：EF?DA1.

变式：如图，正方体ABCD?A1B1C1D1中，点M是AB的中点，求DB1与CM所成角的余弦值.

小结：求两个向量的夹角或角的余弦值的关键是在合适的直角坐标系中找出两个向量的坐标，然后再用公式计算.

※ 动手试试

练1. 已知A(3,3,1)、B(1，0，5)，求： ⑴线段AB的中点坐标和长度；

⑵到A、B两点距离相等的点P(x,y,z)的坐标x、y、z满足的条件．

练2. 如图，正方体的棱长为2，试建立适当的空间直角坐标系，写出正方体各顶点的坐标，并和你的同学交流.

三、总结提升 ※ 学习小结

1. 空间向量的长度公式、夹角公式、两点间距离公式、中点坐标公式；

2. 解决立体几何中有关向量问题的关键是如何建立合适的空间直角坐标系，写出向量的坐标，然后再代入公式进行计算.

※ 知识拓展

在平面内取正交基底建立坐标系后，坐标平面内的任意一个向量，都可以用二元有序实数对表示，平面向量又称二维向量.空间向量可用三元有序实数组表示，空间向量又称三维向量.二维向量和三维向量统称为几何向量. 学习评价 ※ 自我评价 你完成本节导学案的情况为（ ）. A. 很好 B. 较好 C. 一般 D. 较差

※ 当堂检测（时量：5分钟 满分：10分）计分：

rra1a2a31. 若a＝(a1,a2,a3)，b＝(b1,b2,b3)，则??是a//b的（ ）

b1b2b3A.充分不必要条件 B.必要不充分条件

C.充要条件 D.既不充分又不不要条件

rrrr2. 已知a??2,?1,3?,b???4,2,x?，且a?b，

uuuruuuruuur3. 已知A?1,0,0?,B?0,?1,1?,OA??OB与OB的夹角为120°，则?的值为（ ）

则x＝ .

666A. ? B. C. ? D. ?6 666rrrr4. 若a??x,2,0?,b?3,2?x,x2，且a,b的夹角为钝角，则x的取值范围是（ ）

??A. x??4 B. ?4?x?0 C. 0?x?4 D. x?4

rr5. 已知 a??1,2,?y?,b??x,1,2?， 且

rrruur(a?2b)//(2a?b)，则（ ）

11A. x?,y?1 B. x?,y??4

321 C. x?2,y?? D. x?1,y??1

4 课后作业：

1. 如图，正方体ABCD?A'B'C'D'棱长为a， ⑴ 求A'B,B'C的夹角；⑵求证：A'B?AC'.

2. 如图，正方体ABCD?A1B1C1D1中，点M,N分别为棱A1A,B1B的中点，求CM和D1N所成角的余弦值.