2014-2015选修2-1-33.2.4.ppt

第4课时空间向量与空间距离 1 空间中距离与向量的关系 2 解决立体几何问题的三种方法 1 综合方法 是以 作为工具解决问题 2 向量方法 是利用 的概念及其运算解决问题 3 坐标方法 利用数及其运算来解决问题 坐标方法经常与向量运算结合 逻辑推理 向量 1 判一判 正确的打 错误的打 1 平面 外一点A到平面 的距离 就是点A与平面内一点B所成向量的长度 2 直线l 平面 则直线l到平面 的距离就是直线l上的点到平面 的距离 3 若平面 则两平面 的距离可转化为平面 内某条直线到平面 的距离 也可转化为平面 内某点到平面 的距离 解析 1 错误 平面 外一点A到平面 的距离 应该为点A到平面 的垂线段的长度 只有当AB 时 结论才成立 2 正确 由直线与平面平行的性质可得直线上每个点到平面的距离相等 故直线到平面的距离可转化为点到平面的距离 3 正确 由面面平行的性质知其中一平面内的所有点到另一个平面的距离都相等 故此种说法正确 答案 1 2 3 2 做一做 请把正确的答案写在横线上 1 已知空间两点A B的坐标分别为 1 1 1 2 2 2 则A B两点的距离为 2 已知直线AB 平面 平面 的法向量n 1 0 1 平面 内一点C的坐标为 0 0 1 直线AB上点A的坐标为 1 2 1 则直线AB到平面 的距离为 3 点E 1 2 3 F 1 1 0 分别为异面直线a b上的两点 且向量n 1 0 3 是同时垂直直线a b的向量 则异面直线a b的距离为 解析 1 AB 答案 2 由于直线与平面平行 故直线AB到平面 的距离可转化为点A到平面 的距离 又 1 2 0 所以点A到平面 的距离为d 答案 3 由题意得向量 0 1 3 又向量n 1 0 3 是同时垂直直线a b的向量 故异面直线a b的距离答案 要点探究 知识点向量法求空间距离1 空间距离的定义 1 图形与图形的距离 一个图形内的任一点与另一图形内的任一点的距离中的最小值叫做图形与图形的距离 2 点到平面的距离 一点到它在一个平面内正射影的距离 叫做点到这个平面的距离 3 直线与其平行平面的距离 一条直线上的任一点到与它平行的平面的距离 叫做直线与平面的距离 4 两个平行平面的距离 和两个平行平面同时垂直的直线 叫做两个平面的公垂线 夹在平行平面间的部分 叫做两个平面的公垂线段 两平行平面的公垂线段的长度 叫做两平行平面的距离 2 向量法求空间距离的注意点 1 数形结合 利用向量法求空间距离时 一定要注意结合图形分析 再利用向量求解 2 向量式的共同点 空间两几何元素 点 直线 平面 之间的距离 除两点间距离及点线距外都具有相同的表达形式 设平面的法向量为n 求异面直线间的距离时 取与两异面直线都垂直的向量为n 求距离的两几何图形上各取一点A B 则距离d 3 特殊性 求距离还常采用等积变换法或归结为解直角三角形 利用向量法实际取点时 要选取方便 容易计算的 知识拓展 1 四种距离的关系 2 求直线到平面的距离设直线a 平面 A a B n是平面 的法向量 过A作AC 垂足为C 则 n 因为所以所以直线a到平面 的距离d 微思考 几何度量中最基本的距离是什么 提示 两点之间的距离是几何度量中最基本的距离 计算任何图形之间的距离都可以转化为求两点之间的距离 即时练 已知平面 的一个法向量n 2 2 1 点A 1 3 0 在 内 求P 2 1 4 到 的距离 解析 设点P到 的距离为h 则h 题型示范 类型一点到点 点到线 线到线的距离 典例1 1 2014 临汾高二检测 如图 在60 的二面角 AB 内 AC BD AC AB于A BD AB于B 且AC AB BD 1 则CD的长为 2 如图 在空间直角坐标系中有棱长为a的正方体ABCD A1B1C1D1 点M是线段DC1上的动点 试求点M到直线AD1距离的最小值 解题探究 1 题 1 图形中向量如何用向量表示 CD的长与向量的模是什么关系 2 题 2 中线段DC1在哪个坐标平面上 点M的坐标如何设 探究提示 1 CD的长与向量的模是相等关系 2 线段DC1在yOz坐标平面上 点M是线段DC1上的动点 故可设M 0 m m 自主解答 1 因为所以 3 2 1 1 cos120 2 所以即CD 答案 2 设M 0 m m 0 m a a 0 a 直线AD1的一个单位方向向量s 0 m a m 故点M到直线AD1的距离d 根式内的二次函数当m 时取最小值 a 故d的最小值为 方法技巧 1 两点间的距离 即线段的长度 求A B两点间的距离一般用 AB 求解 2 向量法求点到直线距离的步骤第一步 依据图形先求出直线的单位方向向量s 第二步 在直线上任取一点M 注可选择特殊便于计算的点 计算点M与直线外的点N的方向向量第三步 易知垂线段的长度可利用直角三角形中的勾股定理计算d 3 异面直线间的距离设n与异面直线a b都垂直 A是直线a上任一点 B是直线b上任一点 则异面直线a b的距离d 变式训练 已知AB BC CD为两两垂直的三条线段 且它们的长都为2 则AD的长为 A 4B 2C 3D 解析 选D 所以故选D 补偿训练 直角 ABC的两条直角边BC 3 AC 4 PC 平面ABC PC 则点P到斜边AB的距离是 解析 以C为坐标原点 CA CB CP为x轴 y轴 z轴建立如图所示的空间直角坐标系 则A 4 0 0 B 0 3 0 所以 4 3 0 所以在AB上的投影长为所以P到AB的距离为d 答案 3 类型二点到平面的距离 典例2 1 2014 广州高二检测 在空间直角坐标系Oxyz中 平面OAB的一个法向量为n 2 2 1 已知点P 1 3 2 则点P到平面OAB的距离d等于 A 4B 2C 3D 1 2 在三棱锥B ACD中 平面ABD 平面ACD 若棱长AC CD AD AB 1 且 BAD 30 求点D到平面ABC的距离 解题探究 1 题 1 中平面AOB中的点O的坐标是多少 向量的坐标呢 2 题 2 中如何依据图形建立空间直角坐标系 若设平面ABC的一个法向量为n 则如何用向量表示点D到平面ABC的距离 探究提示 1 O的坐标是 0 0 0 向量的坐标 1 3 2 2 以AD的中点O为原点 以OD OC所在直线为x轴 y轴 过O作OM 平面ACD交AB于M 以直线OM为z轴建立空间直角坐标系 点D到平面ABC的距离d 自主解答 1 选B 1 3 2 2 如图所示 以AD的中点O为原点 以OD OC所在直线为x轴 y轴 过O作OM 平面ACD交AB于M 以直线OM为z轴建立空间直角坐标系 则A 0 0 D 0 0 所以 设n x y z 为平面ABC的法向量 则所以可取n 1 3 代入d 得d 即点D到平面ABC的距离是 方法技巧 点到平面距离的求法 1 垂线段法 如图 BO 平面 垂足为O 则点B到平面 的距离就是 2 斜线段法 若AB是平面 的任一斜线段 则在Rt BOA中 3 法向量法 如果平面 的法向量为n 则 变式训练 已知PD 正方形ABCD所在平面 PD AD 1 则点C到平面PAB的距离d 解题指南 求出平面PAB的法向量 再利用点到平面距离的向量表示式计算 解析 以D为原点 以DA DC DP所在直线分别为x轴 y轴 z轴建立如图所示的空间直角坐标系 则A 1 0 0 B 1 1 0 C 0 1 0 P 0 0 1 所以 1 0 1 0 1 0 1 1 0 设平面PAB的法向量为n x y z 所以即令x 1 则z 1 所以n 1 0 1 所以d 答案 补偿训练 2014 南昌高二检测 在正三棱柱ABC A1B1C1中 所有棱长均为1 则点B1到平面ABC1的距离为 解析 建立如图所示的空间直角坐标系 则C 0 0 0 B 0 1 0 B1 0 1 1 C1 0 0 1 则 0 1 0 0 1 1 设平面ABC1的法向量为n x y 1 则有解得n 则d 答案 拓展类型向量法求平面与平面间的距离 备选例题 1 正方体ABCD A1B1C1D1的棱长为1 则平面AB1D1与平面BDC1的距离为 2 正方体ABCD A1B1C1D1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 解析 1 选D 以A为原点 AB AD AA1分别为x轴 y轴 z轴建立空间直角坐标系 则B 1 0 0 D 0 1 0 C1 1 1 1 B1 1 0 1 D1 0 1 1 设平面AB1D1的法向量为n x y z 则所以令z 1 则n 1 1 1 显然n 0 n 0 所以n也是平面BDC1的法向量 所以平面AB1D1 平面BDC1 所以其距离为d 2 如图所示 建立空间直角坐标系Dxyz 则A 4 0 0 M 2 0 4 D 0 0 0 B 4 4 0 E 0 2 4 F 2 4 4 N 4 2 4 从而 2 2 0 2 2 0 2 0 4 2 0 4 所以所以EF MN AM BF EF BF F MN AM M 所以平面AMN 平面EFBD 设n x y z 是平面AMN的法向量 从而解得取z 1 得n 2 2 1 由于 0 4 0 所以在n上的投影为所以两平行平面间的距离d 方法技巧 求两平行平面间的距离 1 用公式d 求 n为两平行平面的一个法向量 A B分别为两平面上的任意两点 2 直线到平面的距离 两平行平面间的距离均可转化为点到平面的距离 点P到平面 的距离 d 其中n为 的法向量 M为 内任一点 易错误区 求距离时条件应用不当致误 典例 如图 在正四棱柱ABCD A1B1C1D1中 底面边长为2 侧棱长为4 E F分别为棱AB BC的中点 则点D1到平面B1EF的距离d为 解析 以D为原点 DA DC DD1所在直线分别为x轴 y轴 z轴建立空间直角坐标系 则D1 0 0 4 所以 设n x y z 是平面B1EF的法向量 则所以所以可取所以D1到平面B1EF的距离d 答案 常见误区 防范措施 求点到平面距离的关注点在求平面外一点到平面的距离时 除了利用几何法外 向量法是比较简洁的方法 此时一般需要在平面内找一点 求其与平面外一点构成的向量 再利用公式求解 如本例中与平面内的点B1组成了向量 从而求出了点D