空间向量的定义与运算知识要点

如题所述

第1个回答  2020-10-06
空间向量(space vector)是空间中具有大小和方向的量。向量的大小叫做向量的长度或模(modulus)。 规定,长度为0的向量叫做零向量,记为 0. 模为1的向量称为单位向量。 与向量 a长度相等而方向相反的向量,称为 a的相反向量。记为- a 方向相等且模相等的向量称为相等向量。

中文名
空间向量
外文名
space vector
基本定理
1共线向量定理

两个空间向量a,b向量(b向量不等于0),a∥b的充要条件是存在唯一的 实数λ,使a=λb

2共面向量定理

如果两个向量a,b不共线,则向量c与向量a,b共面的 充要条件是:存在唯一的一对实数x,y,使c=ax+by

3 空间向量分解定理

如果三个向量a、b、c不共面,那么对空间任一向量p,存在一个唯一的有序实数组x,y,z,使p=xa+yb+zc。

任意不共面的三个向量都可作为空间的一个基底,零向量的表示唯一。

卦限

三个坐标面把 空间分成八个部分,每个部分叫做一个卦限。含有x轴 正半轴、y轴正半轴、z轴正半轴的卦限称为第一卦限,其他第二、三、四卦限,在xoy面的上方,按 逆时针方向确定。在第一、二、三、四卦限下面的部分分别称为第五、六、七、八卦限。[1]

空间向量的八个卦限的符号
  








x
+
-
-
+
+
-
-
+
y
+
+
-
-
+
+
-
-
z
+
+
+
+
-
-
-
-
问题
立体几何的计算和证明常常涉及到二大问题:一是位置关系,它主要包括线线垂直,线面垂直,线线平行,线面平行;二是度量问题,它主要包括点到线、点到面的距离,线线、线面所成角,面面所成角等。这里比较多的主要是用向量证明线线、线面垂直及计算线线角,而如何用向量证明线面平行,计算点到平面的距离、线面角及面面角的例题不多,起到一个抛砖引玉的作用。

常识
以下用向量法求解的简单常识:

1、空间一点P位于平面MAB的充要条件是存在唯一的 有序实数对x、y,使得PM=xPA+yPB

2、对空间任一点O和不共线的三点A,B,C,若:OP=xOA+yOB+zOC(其中x+y+z=1),则四点P、A、B、C共面.

3、利用向量证a∥b,就是分别在a,b上取向量a=λb(λ∈R).

4、利用向量证a⊥b,就是分别在a,b上取向量a·b=0 .

5、利用向量求两直线a与b的夹角,就是分别在a,b上取a,b,求:<a,b>的问题.

6、利用向量求距离即求向量的模问题.

7、利用坐标法研究线面关系或求角和距离,关键是建立正确的空间直角坐标系,正确表达已知点的坐标.

计算
第一步:

按照图形建立三维坐标系O-xyz

空间向量
之后,将点的坐标带进去,求出所需向量的坐标。

第二步:

求平面的法向量:

令法向量n=(x,y,z)

因为法向量垂直于此平面

所以n垂直于此面内两相交直线(其方向向量为a,b)

可列出两个方程n·a=0,n·b=0

两个方程,三个未知数

然后根据计算方便

取z(或x或y)等于一个数(如:1,√2等)

代入即可求出面的一个法向量n的坐标了.

会求法向量后

1.斜线与平面所成的角就是求出斜线的方向向量与平面的法向量n的夹角,所求角为上述夹角的余角或者夹角减去π/2.

2.点到平面的距离就是求出该面的法向量n在平面上任取(除被求点在该平面的射影外)一点,

求出平面外那点和你所取的那点所构成的向量,记为a

点到平面的距离就是法向量n与a的数量积的绝对值|n·a|除以法向量的模|n|即得所求.

3.二面角的求法就是求出两个平面的法向量

可以求出两个法向量的夹角为两向量的数量积除以两向量模的乘积 :cos<n,m>=|n·m|/(|n||m|)

那么二面角就是上面求的两法向量的夹角或者它的补角

4.设直线l,m的方向向量分别为a,b,平面α,β的法向量分别为μ,ν则

线线平行 l∥m<=>a∥b<=>a=kb

线面平行 l∥α<=>a⊥μ<=>a·μ=0

面面平行α∥β<=>μ∥ν<=>μ=kν

空间向量
线线垂直 l⊥m<=>a⊥b<=>a·b=0

线面垂直 l⊥α<=>a∥μ<=>a=kμ

面面垂直α⊥β<=>μ⊥ν<=>μ·ν=0

5.向量的坐标运算:设a=(x1,y1),b=(x2,y2),则

1.|a|=√(x1²+y1²)

2.a+b=(x1+x2,y1+y2)

3.a-b=(x1-x2,y1-y2)

4.ka=k(x1,y1)=(kx1,ky1)

5.a·b=x1x2+y1y2

6.a∥b<=>x1y2=x2y1(一般写为:x1y2-x2y1=0)

7.a⊥b<=>a·b=0<=>x1x2+y1y2=0

8.cos<a,b>=(a·b)/(|a|·|b|)=(x1x2+y1y2) / [ √(x1²+y1²)·√(x2²+y2²) ]

注:x1中的1为下标,以此类推
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