高中数学 空间向量基本定理参考教案 北师大版选修21.doc

2.3.2 空间向量基本定理 教案一、教学目标：1知识目标：掌握空间向量基底的概念；了解空间向量的基本定理及其推论；了解空间向量基本定理的证明。2能力目标：理解空间任一向量可用空间三个不共面向量唯一线性表示，会在平行六面体、四面体为背景的几何体中选用空间三个不共面向量作基底，表示其它向量。会作空间任一向量的分解图。类比平面向量的基本定理学习空间向量基本定理，培养学生类比、联想、维数转换的思想方法和空间想象能力。3情感目标：创设适当的问题情境，从生活中的常见现象引入课题，开始就引起学生极大的学习兴趣，让学生容易切入课题，培养学生用数学的意识，体现新课程改革的理念之一，加强数学与生活实践的联系。二、教学重难点：1.教学难点：空间向量的分解作图，用不同的基底表示空间任一向量。灵活运用空间向量基本定理证明空间直线的平行、共面问题。2.教学重点： 运用空间向量基本定理表示空间任一向量，并能根据表达式判断向量与基底的关系。三、教学方法：在多媒体和实物模型的环境下，学生分组自主与合作学习相结合，老师引导、参与学生活动和讨论的民主式的教学。四、教学过程（一）、引入：对比平面向量的基本定理，生活实际需要向三维空间发展（播放美伊战争画面，地面的坦克如何瞄准空中的飞机画面），推广到空间向量的基本定理。用向量来描述：若空间三个向量不共面，那么空间的任一向量都可以用这三个向量表示。我们研究一下怎么表示。（提示学生思考平面的任一向量怎么用平面向量的基底表示）学生：、是平面内两个不共线的向量，则该平面内的任一向量都可以表示为=1+2，其中1、2是一对唯一的实数。（二）、推广:请学生猜测推广到空间向量的基本定理如何？学生：空间向量的基本定理：如果空间三个向量、不共面，则空间的任一向量都可表示为x+y+z。师：若猜想正确，则给出证明，若猜想不正确，先给出定理，再证明。老师板演证明：设空间三个不共面的向量=，=，=，=是空间任一向量，过p作pdoc交平面oab于d，则=+，由空间两直线平行的充要条件知= z，由平面向量的基本定理知向量与、共面，则= x+y，所以，存在x,y,z使得= x+y+ z。这样的实数x,y,z是否唯一呢？用反证法证明：若另有不同于x,y,z的实数x1,y1,z1满足= x1+y1+ z1，则x+y+ z= x1+y1+ z1，即(xx1) +(yy1) +(zz1) =又、不共面，则xx1=0，yy1=0，zz1=0，所以x,y,z是唯一的实数。这样，就把平面向量的基本定理推广到空间向量的基本定理。老师介绍相关概念：其中、叫做空间向量的一个基底，、都叫做基向量。师：对于空间向量的基底、的理解，要明确：空间任意不共面的三个向量都可以作为向量的基底，基底不唯一；三个向量不共面，隐含它们都是非零向量；基底是一个集合，一个向量组，一个向量不能构成基底，基向量是基底中的某一向量。通常选择共点不共面的三个向量作为空间向量的基底。若、是空间向量的一个基底，则由这三个基向量还能生成其它的基底吗？引导学生举例说明，结果不唯一，通过思考培养学生的发散思维。如: +、+、+；2+3、4、等构成向量的基底。能否由原来的基向量生成新的基底，取决于生成的新向量是否共面，即其中的一个向量能否用另两个向量线性表示，请同学随便说一组向量，大家判断这组向量能否构成向量的基底。通过老师的引导，不仅让学生理解空间向量的基本定理，还要让学生学会把平面向量的知识迁移到空间向量来，用发展、联系的观点看以前在平面向量中成立的结论，空间向量比平面向量发展了什么，保留了什么，渗透辨证法的思想。特别地，当x=0,则与、共面；若y=0，则与、共面；若z=0，则与、共面。当x=0, y=0时，与共线；当x=0, z=0时，与共线；当y=0, z=0时，与共线.说明每一次维数增加了，高维数的定理不但发展了低维数的定理，并包含了低维数的结论，使得原来的定理仍适用，这种发展是继承的发展，是合理的发展。这不仅体现在平面向空间的迁移，也体现在数学中其它知识的迁移（如数系的发展）。（三）、类比：对比平面向量中成立的结论推广到空间是什么相应的结论：平面向量中成立的结论空间向量中成立的结论(学生回答)向量与非零向量共线存在唯一实数使得=向量与非零向量共线存在唯一实数使得=（用来证明空间向量共线或直线平行）同一平面的任意两个向量都共面向量、是空间不共线的两个向量，则向量与向量、共面存在唯一实数x,y使得= x+y（用来证明空间向量共面）若=，=，则+=，是平行四边形的对角线aocb若=，=，=，则+是平行六面体的体对角线向量、不共线，则p在ab上存在实数、使得=+且+=1opba（用来证明三点共线）向量、不共线，则p在平面abc内存在实数、使得=+且+=1opbca（用来证明四点共面）（四）、例题：例1、在平行六面体abcda1b1c1d1中，= ，=，=，p是ca1的中点，m是cd1的中点，n是c1d1的中点，点q在ca1上，且cq：qa1=4：1，abcda1b1c1d1pmnqo用基底、表示以下向量：（1），（2），（3）分析：所求的向量与基底都共点，符合平行四边形法则的特征，尽量将所求向量作为平行四边形的对角线。解：（1）由p是ca1的中点，得=（+）=（+）=（+）（2）=+=+=（+）+=+法2：=+=+=+（3）=+=+=+（+）=+=(+)+例2、在例1中，设o是ac的中点，判断aq和oc1所在直线的位置关系。解：由例1得：=(+)+，=+=+=（+）+则和与（+）和共面，又，则aq和oc1所在直线不能平行，只能相交。追问：要使aq和oc1所在直线平行，则o应在ac的什么位置？分析：要使aq和oc1所在直线平行，则=(+)+又=+，设=（+）则(+)+=（+）+，即+=+，由、不共面即空间向量基本定理的唯一性知：，所以，oc=ac 学生可能不一定用刚学过的不熟悉的向量法去做，而是用平面几何的方法，根据平行线分线段成比例定理，也应加以肯定，让学生自己从中体会向量几何与平面几何风格的不同，更深地了解向量几何侧重定量研究，即将空间任一向量放在空间坐标系中，用向量的基底表示，再进行运算，思路简捷，不需要很强的演绎推理。a1aqccc1or请学生板演平面几何证法：易证aa1qcc1r，则cr=a1q=cq，又，所以=（五）、练习：已知向量=2+3，=2+，=62+6，判断+与能否共面或共线？3与2能否共面或共线？+=3+3，=2（+），则+与共线即平行3=62+663652=2+2+46=6+53与2共线但反向。abcdo思维发散训练：已知甲烷（ch4）的分子结构