人教版高中数学选择性必修第一册第1章习题课件：《1.1.2空间向量的数量积运算》(含答案)

第一章§1.1空间向量及其运算 1.会识别空间向量的夹角.2.掌握空间向量的数量积的定义、性质、运算律及计算方法.3.能用空间向量数量积解决简单的立体几何问题.学习目标XUEXIMUBIAO 内容索引知识梳理题型探究随堂演练课时对点练 1知识梳理PARTONE 知识点一 空间向量的夹角1.定义：已知两个非零向量a，b，在空间任取一点O，作＝a，＝b，则叫做向量a，b的夹角，记作〈a，b〉.∠AOB2.范围：.特别地，当〈a，b〉＝时，a⊥b.0≤〈a，b〉≤π 思考当〈a，b〉＝0和〈a，b〉＝π时，向量a与b有什么关系？答案当〈a，b〉＝0时，a与b同向；当〈a，b〉＝π时，a与b反向. 知识点二 空间向量的数量积定义已知两个非零向量a，b，则|a||b|cos〈a，b〉叫做a，b的数量积，记作a·b.即a·b＝.规定：零向量与任何向量的数量积都为0.性质①a⊥b⇔_______②a·a＝a2＝|a|2运算律①(λa)·b＝λ(a·b)，λ∈R.②a·b＝b·a(交换律).③a·(b＋c)＝a·b＋a·c(分配律).|a||b|cos〈a，b〉a·b＝0 思考1向量的数量积运算是否满足结合律？答案不满足结合律，(a·b)·c＝a·(b·c)是错误的.答案不能，向量没有除法. 知识点三 向量a的投影1.如图(1)，在空间，向量a向向量b投影，由于它们是自由向量，因此可以先将它们平移到同一个平面α内，进而利用平面上向量的投影，得到与向量b共线的向量c，c＝|a|cos〈a，b〉，向量c称为向量a在向量b上的投影向量.类似地，可以将向量a向直线l投影(如图(2)). 2.如图(3)，向量a向平面β投影，就是分别由向量a的起点A和终点B作平面β的垂线，垂足分别为A′，B′，得到，向量称为向量a在平面β上的投影向量.这时，向量a，的夹角就是向量a所在直线与平面β所成的角. 2.若a·b＝0，则a＝0或b＝0.()3.对于非零向量b，由a·b＝b·c，可得a＝c.()4.若非零向量a，b为共线且同向的向量，则a·b＝|a||b|.()思考辨析判断正误SIKAOBIANXIPANDUANZHENGWU×××√ 2题型探究PARTTWO 一、数量积的计算例1如图所示，在棱长为1的正四面体A－BCD中，E，F分别是AB，AD的中点，求： ＝cos60°－cos60°＝0. 反思感悟求空间向量数量积的步骤(1)将各向量分解成已知模和夹角的向量的组合形式.(2)利用向量的运算律将数量积展开，转化为已知模和夹角的向量的数量积.(3)代入a·b＝|a||b|cos〈a，b〉求解. 跟踪训练1(1)已知a＝3p－2q，b＝p＋q，p和q是相互垂直的单位向量，则a·b等于A.1B.2C.3D.4√解析∵p⊥q且|p|＝|q|＝1，∴a·b＝(3p－2q)·(p＋q)＝3p2＋p·q－2q2＝3＋0－2＝1. 2＝4－0＋0－2＝2. 二、利用数量积证明垂直问题例2如图所示，在正方体ABCD－A1B1C1D1中，O为AC与BD的交点，G为CC1的中点，求证：A1O⊥平面GBD. 则a·b＝0，b·c＝0，a·c＝0，|a|＝|b|＝|c|. 又∵OG∩BD＝O，OG⊂平面GBD，BD⊂平面GBD，∴A1O⊥平面GBD. 反思感悟用向量法证明几何中垂直关系问题的思路(1)要证两直线垂直，可分别构造与两直线平行的向量，只要证明这两个向量的数量积为0即可.(2)用向量法证明线面垂直，需将线面垂直转化为线线垂直，然后利用向量数量积证明线线垂直即可. 跟踪训练2如图所示，在四棱锥P－ABCD中，底面ABCD为平行四边形，∠DAB＝60°，AB＝2AD，PD⊥底面ABCD.求证：PA⊥BD.证明在△ADB中，∠DAB＝60°，AB＝2AD，所以AD2＋BD2＝AB2， 三、用数量积求解夹角和模例3如图，在直三棱柱ABC－A1B1C1中，CA＝CB＝1，∠BCA＝90°，棱AA1＝2，点N为AA1的中点. 延伸探究 2.(变条件)本例中，若CA＝CB＝AA1＝1，其他条件不变，求异面直线CA1与AB的夹角. 所以异面直线CA1与AB的夹角为60°. 反思感悟求向量的夹角和模(1)求两个向量的夹角：利用公式cos〈a，b〉＝求cos〈a，b〉，进而确定〈a，b〉.(2)求线段长度(距离)：①取此线段对应的向量；②用其他已知夹角和模的向量表示该向量；③利用|a|＝，计算出|a|，即得所求长度(距离). A.30°B.60°C.90°D.120°√ (2)已知在平行六面体ABCD－A1B1C1D1中，AA1＝AB＝AD＝1，且这三条棱彼此之间的夹角都是60°，则AC1的长为√且〈a，b〉＝〈b，c〉＝〈c，a〉＝60°， 3随堂演练PARTTHREE 1.如图所示，在正方体ABCD－A1B1C1D1中，下列各组向量的夹角为45°的是12345√ 2.设ABCD－A1B1C1D1是棱长为a的正方体，则有√12345 √12345 4.若a，b，c为空间两两夹角都是60°的三个单位向量，则|a－b＋2c|＝_____.12345解析|a－b＋2c|2＝(a－b＋2c)2＝a2＋b2＋4c2－2a·b＋4a·c－4b·c＝5. 1234560°1 即△PA1D为等边三角形，从而∠PA1D＝60°，方法二根据向量的线性运算可得12345 1.知识清单：(1)空间向量的夹角、投影.(2)空间向量数量积、性质及运算律.2.方法归纳：化归转化.3.常见误区：空间向量的数量积的三点注意(1)数量积的符号由夹角的余弦值决定.(2)当a≠0，由a·b＝0可得a⊥b或b＝0.课堂小结KETANGXIAOJIE 4课时对点练PARTFOUR 1.已知向量a和b的夹角为120°，且|a|＝2，|b|＝5，则(2a－b)·a等于√基础巩固12345678910111213141516解析(2a－b)·a＝2a2－b·a＝2|a|2－|a||b|cos120° 2.已知两异面直线的方向向量分别为a，b，且|a|＝|b|＝1，a·b＝，则两直线的夹角为A.30°B.60°C.120°D.150°√12345678910111213141516所以θ＝120°，则两个方向向量对应的直线的夹角为180°－120°＝60°. 3.已知e1，e2为单位向量，且e1⊥e2，若a＝2e1＋3e2，b＝ke1－4e2，a⊥b，则实数k的值为A.－6B.6C.3D.－3√12345678910111213141516解析由题意可得a·b＝0，e1·e2＝0，|e1|＝|e2|＝1，所以(2e1＋3e2)·(ke1－4e2)＝0，所以2k－12＝0，所以k＝6. 4.已知空间四边形ABCD的每条边和对角线的长都等于a，点E，F分别是BC，AD的中点，则的值为√12345678910111213141516 5.已知四边形ABCD为矩形，PA⊥平面ABCD，连接AC，BD，PB，PC，PD，则下列各组向量中，数量积不为零的是√解析可用排除法.因为PA⊥平面ABCD，又由AD⊥AB，AD⊥PA可得AD⊥平面PAB，所以AD⊥PB，12345678910111213141516 6.已知|a|＝13，|b|＝19，|a＋b|＝24，则|a－b|＝____.1234567891011121314151622解析|a＋b|2＝a2＋2a·b＋b2＝132＋2a·b＋192＝242，∴2a·b＝46，|a－b|2＝a2－2a·b＋b2＝530－46＝484，故|a－b|＝22. 7.已知a＋3b与7a－5b垂直，且a－4b与7a－2b垂直，则〈a，b〉＝_____.60°解析由条件知(a＋3b)·(7a－5b)＝7|a|2－15|b|2＋16a·b＝0，(a－4b)·(7a－2b)＝7|a|2＋8|b|2－30a·b＝0，两式相减得46a·b＝23|b|2，代入上面两个式子中的任意一个，得|a|＝|b|，所以〈a，b〉＝60°.12345678910111213141516 123456789101112131415160°0°90° 由题意知OO1是正四棱台ABCD－A1B1C1D1的高，故OO1⊥平面A1B1C1D1，12345678910111213141516 9.如图所示，在正方体ABCD－A1B1C1D1中，求异面直线A1B与AC所成的角.12345678910111213141516 解不妨设正方体的棱长为1，则|a|＝|b|＝|c|＝1，∴异面直线A1B与AC所成的角为60°.12345678910111213141516 10.如图，正四棱锥P－ABCD的各棱长都为a.(1)用向量法证明BD⊥PC；12345678910111213141516∴BD⊥PC. 12345678910111213141516＝a2＋a2＋a2＋0＋2a2cos60°＋2a2cos60°＝5a2， A.直角三角形B.等腰三角形C.等腰直角三角形D.等边三角形√综合运用即△ABC是等腰三角形.12345678910111213141516 12.已知a，b是异面直线，A，B∈a，C，D∈b，AC⊥b，BD⊥b，且AB＝2，CD＝1，则a与b所成的角是A.30°B.45°C.60°D.90°√12345678910111213141516 12345678910111213141516∵异面直线所成的角是锐角或直角，∴a与b所成的角是60°. 13.已知空间向量a，b，c满足a＋b＋c＝0，|a|＝3，|b|＝1，|c|＝4，则a·b＋b·c＋c·a的值为A.－13B.－5C.5D.13√12345678910111213141516解析∵a＋b＋c＝0，∴(a＋b＋c)2＝0，∴a2＋b2＋c2＋2(a·b＋b·c＋c·a)＝0， 14.已知棱长为1的正方体ABCD－A1B1C1D1的上底面A1B1C1D1的中心为O1，则的值为______.123456789101112131415161 12345678910111213141516拓广探究 12345678910111213141516 16.如图所示，已知线段AB在平面α内，线段AC⊥α，线段BD⊥AB，且AB＝7，AC＝BD＝24，线段BD与α所成的角为30°，求CD的长.12345678910111213141516 解由AC⊥α，可知AC⊥AB，过点D作DD1⊥α，D1为垂足，连接BD1，则∠DBD1为BD与α所成的角，即∠DBD1＝30°，所以∠BDD1＝60°，因为AC⊥α，DD1⊥α，所以AC∥DD1，12345678910111213141516 因为BD⊥AB，AC⊥AB，＝242＋72＋242＋2×24×24×cos120°＝625，12345678910111213141516