高中数学人教A版 (2019)选择性必修 第一册1.3 空间向量及其运算的坐标表示授课ppt课件

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1.了解空间直角坐标系,理解空间向量的坐标表示.(数学抽象)2.掌握空间向量运算的坐标表示.(数学运算)3.掌握空间向量垂直与平行的条件及其应用.(数学运算)4.掌握空间向量的模、夹角以及两点间的距离公式,能运用公式解决问题.(数学运算)
[激趣诱思]我国著名数学家吴文俊先生在《数学教育现代化问题》中指出:“数学研究数量关系与空间形式,简单讲就是形与数,欧几里得几何体系的特点排除了数量关系……对于集合,对于研究空间形式,你要真正的‘腾飞’,不通过数量关系,我想不出有什么好的办法……”吴文俊先生明确地指出中学几何的“腾飞”是“数量化”,也就是坐标系的引入,使得几何问题“代数化”,为了使得空间几何“代数化”,我们引入了坐标及其运算.
一、空间直角坐标系与坐标表示1.空间直角坐标系在空间选定一点O和一个单位正交基底 ,以点O为原点,分别以i,j,k的方向为正方向、以它们的长为单位长度建立三条数轴:x轴、y轴、z轴,它们都叫做坐标轴.这时我们就建立了一个空间直角坐标系Oxyz.O叫做原点,i,j,k都叫做坐标向量,通过每两条坐标轴的平面叫做坐标平面,分别称为Oxy平面,Oyz平面,Ozx平面.
名师点析 1.画空间直角坐标系Oxyz时,一般使∠xOy=135°(或45°),∠yOz=90°.三个坐标平面把空间分成八个部分.2.在空间直角坐标系中,让右手拇指指向x轴的正方向,食指指向y轴的正方向,如果中指指向z轴的正方向,则称这个坐标系为右手直角坐标系.本书建立的都是右手直角坐标系.
微练习若a=3i+2j-k,且{i,j,k}为空间的一个单位正交基底,则a的坐标为　　　　　. 答案 (3,2,-1)微思考1在空间直角坐标系中,向量 的坐标与终点P的坐标有何关系?提示 向量 的坐标恰好是终点P的坐标,这就实现了空间基底到空间坐标系的转换.
微思考2在给定的空间直角坐标系下,空间任意一点是否与有序实数组(x,y,z)之间存在唯一的对应关系?为什么?提示 是.在给定空间直角坐标系下,空间给定一点其坐标是唯一的有序实数组(x,y,z);反之,给定一个有序实数组(x,y,z),空间也有唯一的点与之对应.
二、空间向量运算的坐标表示1.空间向量的坐标运算法则设向量a=(a1,a2,a3),b=(b1,b2,b3),λ∈R,那么
2.空间向量的坐标与其端点坐标的关系设A(x1,y1,z1),B(x2,y2,z2),则 =(x2-x1,y2-y1,z2-z1).即一个空间向量的坐标等于表示此向量的有向线段的终点坐标减去起点坐标.3.空间向量平行与垂直条件的坐标表示若向量a=(a1,a2,a3),b=(b1,b2,b3),则(1)当b≠0时,a∥b⇔a=λb⇔a1=λb1,a2=λb2,a3=λb3(λ∈R);(2)a⊥b⇔a·b=0⇔a1b1+a2b2+a3b3=0.
4.空间向量的模、夹角、距离公式的坐标表示若向量a=(a1,a2,a3),b=(b1,b2,b3),则
微练习1已知空间向量m=(1,-3,5),n=(-2,2,-4),则有m+n=　　　　　 ,3m-n=　　　　　 ,(2m)·(-3n)=　　　　　. 解析 m+n=(1,-3,5)+(-2,2,-4)=(-1,-1,1),3m-n=3(1,-3,5)-(-2,2,-4)=(5,-11,19),(2m)·(-3n)=(2,-6,10)·(6,-6,12)=168.答案 (-1,-1,1)　(5,-11,19)　168
微练习2已知空间向量a=(2,λ,-1),b=(λ,8,λ-6),若a∥b,则λ=　　　　　,若a⊥b,则 λ=　　　　　. 
反思感悟 用坐标表示空间向量的步骤如下:
例2已知在空间直角坐标系中,A(1,-2,4),B(-2,3,0),C(2,-2,-5).
思路分析先由点的坐标求出各个向量的坐标,再按照空间向量运算的坐标运算法则进行计算求解.
(方法1)(p+q)·(p-q)=|p|2-|q|2=82-66=16.(方法2)p+q=(-5,5,14),p-q=(3,-5,4),所以(p+q)(p-q)=-15-25+56=16.
反思感悟 关于空间向量坐标运算的两类问题(1)直接计算问题.首先将空间向量用坐标表示出来,然后准确运用空间向量坐标运算公式计算.(2)由条件求向量或点的坐标.首先把向量用坐标形式设出来,然后通过建立方程(组),解方程(组)求出其坐标.
反思感悟 判断空间向量垂直或平行的步骤(1)向量化:将空间中的垂直与平行转化为向量的垂直与平行.(2)对于a=(x1,y1,z1),b=(x2,y2,z2),根据两向量坐标间的数量积是否为0判断两向量是否垂直;根据x1=λx2,y1=λy2,z1=λz2(λ∈R)或 (x2,y2,z2都不为0)判断两向量是否平行.
变式训练3已知a=(λ+1,1,2λ),b=(6,2m-1,2).(1)若a∥b,分别求λ与m的值;(2)若|a|= ,且a与c=(2,-2λ,-λ)垂直,求a.
例4如图,在直三棱柱ABC-A1B1C1中,CA=CB=1,∠BCA=90°,棱AA1=2,M,N分别是AA1,CB1的中点.(1)求BM,BN的长.(2)求△BMN的面积.
思路分析(1)建立空间直角坐标系,写出B,M,N等点的坐标,从而得出 的坐标.然后利用模的公式求得BM,BN的长度.(2)可利用夹角公式求得cs∠MBN,再求出sin∠MBN的值,然后套用面积公式计算.
解以C为原点,以CA,CB,CC1所在直线分别为x轴、y轴、z轴建立空间直角坐标系(如图).
要点笔记向量夹角与模的计算方法利用坐标运算解决空间向量夹角与长度的计算问题,关键是建立恰当的空间直角坐标系,写出有关点的坐标,然后利用夹角与模的计算公式进行求解.
变式训练4在正方体ABCD-A1B1C1D1中,E,F分别为A1D1,BB1的中点,则cs ∠EAF=　　　　　,EF=　　　　　. 
一题多变——空间向量的平行与垂直
延伸探究 1若将本例中的PQ⊥AE改为B1Q⊥EQ,其他条件不变,结果如何?
延伸探究 2本例中若点G是A1D的中点,点H在平面xOy上,且GH∥BD1,试判断点H的位置.
A.(2,1,-3)B.(-1,2,-3)C.(1,-8,9)D.(-1,8,-9)
2.(2020四川绵阳中学高二上期中)空间直角坐标系中的点A(3,3,1)关于平面Oxy的对称点A'与点B(-1,1,5)间的距离为(　　)
3.已知向量a=(1,0,1),b=(2,0,-2),若(ka+b)·(a+kb)=2,则k的值等于(　　)
4.已知点A(1-t,1-t,t),B(2,t,t),则A,B两点的距离的最小值为(　　)
5.(2020重庆高二上期中)如图,建立空间直角坐标系Oxyz.正方体ABCD-A'B'C'D'的顶点A位于坐标原点,其中B(1,0,0),D(0,1,0),A'(0,0,1).(1)若E是棱B'C'的中点,F是棱B'B的中点,G是侧面