高中数学 第二章 空间向量与立体几何 6 距离的计算学案 北师大版选修2-1

6 距离的计算学习目标1.理解点到直线的距离、点到平面的距离的概念.2.掌握点到直线的距离、点到平面的距离的计算.3.体会空间向量解决立体几何问题的三步曲.知识点一点到直线的距离1.点到直线的距离因为直线和直线外一点确定一个平面，所以空间点到直线的距离问题就是空间中某一平面内点到直线的距离问题.如图，设l是过点P平行于向量s的直线，A是直线l外一定点. 作AAl，垂足为A，则点A到直线l的距离d等于线段AA的长度，而向量在s上的投影的大小_等于线段PA的长度，所以根据勾股定理有点A到直线l的距离d_.2.点到直线的距离的算法框图空间一点A到直线l的距离的算法框图，如图.知识点二点到平面的距离1.求点到平面的距离如图，设是过点P垂直于向量n的平面，A是平面外一定点. 作AA，垂足为A，则点A到平面的距离d等于线段AA的长度.而向量在n上的投影的大小_等于线段AA的_，所以点A到平面的距离d_.2.点到平面的距离的算法框图空间一点A到平面的距离的算法框图，如图所示.知识点三直线到与它平行的平面的距离如果一条直线平行于平面，那么直线上的各点向平面所作的垂线段均相等，即直线上各点到平面的距离均_.一条直线上的任一点到与该直线平行的平面的距离，叫作直线与平面的距离.知识点四两个平行平面的距离和两个平行平面同时垂直的直线，叫作两个平面的_.公垂线夹在两个平行平面之间的部分，叫作两个平面的_.两个平行平面的公垂线段的长度，叫作两个平行平面的_.类型一求点到直线的距离例1如图，在空间直角坐标系中有棱长为2的正方体ABCDA1B1C1D1，E，F分别是棱C1C和D1A1的中点，求点A到直线EF的距离. 反思与感悟已知一点P和一个向量s确定的直线l，那么空间一点A到直线l的距离的算法步骤(1)计算斜向量；(2)计算在向量s上的投影s0；(3)根据勾股定理，计算d .点A到直线l的距离公式也可以写成d .求平行直线间的距离通常转化为求点到直线的距离.跟踪训练1如图，在直三棱柱ABCA1B1C1中，过A1，B，C1三点的平面和平面ABC的交线为l. (1)判断直线A1C1和l的位置关系，并加以证明；(2)如果AA11，AB4，BC3，ABC90，求点A1到直线l的距离.类型二求点到平面的距离例2已知四边形ABCD是边长为4的正方形，E，F分别是AB，AD的中点，CG垂直于正方形ABCD所在的平面，且CG2，求点B到平面EFG的距离.反思与感悟利用向量求点到平面的距离的一般步骤(1)求出该平面的一个法向量；(2)求出从该点出发的平面的任一条斜线段对应的向量；(3)求出法向量与斜线段对应向量的数量积的绝对值，再除以法向量的模，即可求出点到平面的距离.跟踪训练2已知点A(1,1，1)，平面经过原点O，且垂直于向量n(1，1,1)，求点A到平面的距离.类型三求直线到与它平行的平面的距离例3在棱长为a的正方体ABCDABCD中，E，F分别是BB，CC的中点.(1)求证：AD平面AEFD；(2)求直线AD到平面AEFD的距离.反思与感悟求线面距离常转化为直线上的点到平面的距离.跟踪训练3在直棱柱ABCDA1B1C1D1中，底面为直角梯形，ABCD且ADC90，AD1，CD，BC2，AA12，E是CC1的中点.求直线A1B1与平面ABE的距离.类型四求两平行平面间的距离例4如图，正方体ABCDA1B1C1D1的棱长为4，M，N，E，F分别为A1D1，A1B1，C1D1，B1C1的中点，求平面AMN与平面EFBD间的距离. 反思与感悟求平行平面之间的距离常转化为求点到平面的距离.跟踪训练4已知正方体ABCDA1B1C1D1的棱长为1，求平面A1BD与平面B1CD1间的距离.1.在棱长为a的正方体ABCDA1B1C1D1中，M是AA1的中点，则点A1到平面MBD的距离是()A.a B.aC.a D.a2.两平行平面、分别经过坐标原点O和点A(2,1,1)，且两平面的一个法向量为n(1,0,1)，则两平面间的距离是()A. B.C. D.33.已知平面的一个法向量为n(2，2,1)，点A(1,3,0)在内，则P(2,1,4)到的距离为_.4.在长方体ABCDA1B1C1D1中，底面ABCD是边长为2的正方形，高AA1为4，则点A1到截面AB1D1的距离是_.5.如图，多面体是由底面为ABCD的长方体被截面AEC1F所截而得到的，其中AB4，BC2，CC13，BE1.(1)求BF的长；(2)求点C到平面AEC1F的距离.1.由直线到平面的距离的定义可知，直线与平面的距离，实质上就是直线上一点到平面的距离，可转化为点到平面的距离来求.2.两个平行平面的公垂线段就是在一个平面内取一点向另一个平面作垂线段，所以两个平行平面间的距离可转化为一个平面内的一点到另一个平面的距离，即可转化为点到平面的距离求解.提醒：完成作业第二章6答案精析知识梳理知识点一1.|s0|知识点二1.|n0|长度|n0|知识点三相等知识点四公垂线公垂线段距离题型探究例1解如图，连接AF. 正方体ABCDA1B1C1D1的棱长为2，A(2,0,0)，E(0,2,1)，F(1,0,2).直线EF的方向向量为(1，2，1)，取直线EF上一点F(1,0,2)，点A(2,0,0)到直线EF上一点F(1,0,2)的向量为(1,0,2)，在上的投影为，点A到直线EF的距离为d .跟踪训练1解(1)A1C1l.证明如下：A1C1AC，A1C1平面ABC，AC平面ABC，A1C1平面ABC.又平面A1C1B平面ABCl，lA1C1.(2)如图，建立空间直角坐标系，则B(4,0,0)，C(4,3,0)，A1(0,0,1)，C1(4,3,1).(4,0，1)，(4,3,0).过点B作BHA1C1，垂足为点H.由(1)知，lA1C1，BH即为点A1到直线l的距离.16，|，| .即点A1到直线l的距离为.例2解建立如图所示的空间直角坐标系. 由题意可知G(0,0,2)，E(4，2,0)，F(2，4,0)，B(4,0,0)，(4，2，2)，(2，4，2)，(0，2,0).设平面EFG的一个法向量为n(x，y，z).由得令y1，则n(1,1，3)，故点B到平面EFG的距离为d.跟踪训练2解(1,1，1)，n(1，1,1)，点A到平面的距离为d.例3(1)证明以D为坐标原点，分别以DA，DC，DD所在直线为x轴，y轴，z轴建立空间直角坐标系，如图. 由题意得(a,0,0)，(a,0,0)，DADA.DA平面AEFD，AD平面AEFD，AD平面AEFD.(2)解由题意得D(0,0，a)，F(0，a，)，.设平面AEFD的一个法向量为n(x，y，z)，则即不妨令z1，则n(0，1).在n上的投影的大小为da.直线AD到平面AEFD的距离为a.跟踪训练3解如图，以点D为坐标原点，分别以DA，DC，DD1所在直线为x轴，y轴，z轴，建立空间直角坐标系，则A1(1,0,2)，A(1,0,0)，E(0，1)，C(0，0).过点C作AB的垂线交AB于点F，易得BF，B(1,2，0)，(0,2，0)，(1，1).设平面ABE的一个法向量为n(x，y，z)，令z1，得n(1,0,1).(0,0,2)，直线A1B1与平面ABE的距离为d.例4解如图，以点D为坐标原点，分别以DA，DC，DD1所在直线为x轴，y轴，z轴建立空间直角坐标系，则D(0,0,0)，M(2,0,4)，A(4,0,0)，B(4,4,0)，E(0,2,4)，F(2,4,4)，N(4,2,4)，(2,2,0)，(2,2,0)，(2,0,4)，(2,0,4)，EFMN，AMBF，平面AMN平面EFBD.设n(x，y，z)是平面AMN的一个法向量，则解得令z1，得x2，y2，则n(2，2,1).又(0,4,0)，在n上的投影为，平面AMN与平面EFBD间的距离为d.跟踪训练4解以D为坐标原点，分别以DA，DC，DD1所在直线为x轴，y轴，z轴，建立如图所示的空间直角坐标系.则A1(1,0,1)，B(1,1,0)，D1(0,0,1)，(0,1，1)，(1,0，1)，(1,0,0).设平面A1BD的一个法向量为n(x，y，z)，则令z1，得y1，x1，n(1,1,1).点D1到平面A1BD的距离为d.平面A1BD与平面B1CD1间的距离等于点D1到平面A1BD的距离，平面A1BD与平面B1CD1间的距离为.当堂训练1.A2.B3.4.5.解(1)建立如图所示的空间直角坐标系，则D(0,0,0)，B(2,4,0)，A(2,0,0)，C(0,4,0)，E(2,4,1)，C1(0,4,3).设点F(0,0，z).截面AEC1F为平行四边