北师大版 (2019)选择性必修 第一册4.3 用向量方法研究立体几何中的度量关系授课课件ppt

这是一份北师大版 (2019)选择性必修 第一册4.3 用向量方法研究立体几何中的度量关系授课课件ppt，共27页。PPT课件主要包含了内容索引，自主预习新知导学，合作探究释疑解惑，图3-4-8，图3-4-9，图3-4-10，图3-4-11，答图3-4-9，图3-4-12，答图3-4-10等内容，欢迎下载使用。

一、两条直线的夹角1.两条直线的夹角
(1)当两条直线a与b相交时,我们把两条直线交角中范围在 内的角叫作两条直线的夹角,如图3-4-8①所示;当两条直线平行时,规定它们的夹角为0.
当两条直线a与b是异面直线时,在空间任取一点O,过点O作直线a'和b',使得a'∥a,b'∥b,把a',b'的夹角叫作异面直线a与b的夹角,如图3-4-8②所示.空间直线由一个点和一个方向确定,所以空间两条直线的夹角由它们的方向向量的夹角确定.
2. 若直线l1的方向向量与l2的方向向量的夹角为150°,则异面直线l1与l2的夹角等于(　　)°B.150°C.30°或150°D.以上均错解析:l1与l2的夹角与其方向向量的夹角相等或互补,且异面直线的夹角的范围是(0, ].故选A.答案:A
二、直线与平面的夹角1.直线与平面的夹角和直线与平面的垂线的夹角互余.设向量l为直线l的一个方向向量,n是平面α的一个法向量,则直线l与平面α的夹角θ∈ ,且θ= -(如图3-4-9①)或θ=- (如图3-4-9②),故sin θ= |cs| .
2.已知直线l的方向向量与平面α的法向量的夹角为135°,则直线l与平面α的夹角为(　　)°B.45°C.75°D.以上均错解析:直线l与平面α的夹角θ∈[0,90°],且θ=135°-90°=45°,故选B.答案:B
三、平面与平面的夹角1.一般地,已知n1,n2分别为平面α,β的法向量,则二面角α-l-β的平面角与两法向量所成角相等(如图3-4-10①)或互补(如图3-4-10②).
2.平面α与平面β相交,形成四个二面角,我们把这四个二面角中不大于90°的二面角称为平面α与平面β的夹角.设平面α与平面β的夹角为θ,则
3. 若二面角的两个半平面的法向量分别为(4,2,0)和(3,-6,5),则这个二面角的余弦值是(　　).解析:4×3+2×(-6)+0×5=0,则二面角的两个半平面的法向量互相垂直.故这个二面角的余弦值是0.答案:A
【例1】 如图3-4-11,在四棱锥P-ABCD中,PA⊥平面ABCD,AB⊥BC, AB⊥AD,且PA=AB=BC= AD=1,求PB与CD的夹角.
解法二:建立如答图3-4-9的空间直角坐标系,
两条异面直线的夹角θ的求法(1)传统几何法:通过直线平移构造三角形求解.(2)向量求法:设直线a,b的方向向量分别为a,b,则有cs θ=|cs|= .用向量法求异面直线的夹角时应注意两点:①若求出的两向量的夹角为钝角,则异面直线的夹角应为两向量夹角的补角,即cs θ=|cs|;②若具备建系条件,常建立空间直角坐标系,利用两直线方向向量数量积的坐标运算求解,否则利用空间向量数量积的定义式求解.
【例2】 如图3-4-12 ,在四棱锥P-ABCD中,PA⊥底面ABCD, AD∥BC, AB=AD=AC=3,PA=BC=4,M为线段AD上一点,AM=2MD,N为PC的中点.(1)求证:MN∥平面PAB;(2)求直线AN与平面PMN夹角的正弦值.
(1)证明:由已知得AM= AD=2.如答图3-4-10,取BP的中点T,连接AT,TN.因为N为PC的中点,所以TN∥BC,TN= BC=2.又AD∥BC,故TN?AM,所以四边形AMNT为平行四边形,于是MN∥AT.因为AT⊂平面PAB,MN⊄平面PAB,所以MN∥平面PAB.
用向量法求直线与平面的夹角可利用向量夹角公式或法向量.利用法向量求直线与平面的夹角的基本步骤:(1)建立空间直角坐标系;(2)求直线的方向向量 ;(3)求平面的法向量n;
【例3】 如图3-4-13,已知四棱柱ABCD-A1B1C1D1的所有棱长都相等,AC∩BD=O,A1C1∩B1D1=O1,四边形ACC1A1和四边形BDD1B1均为矩形.(1)求证:O1O⊥底面ABCD;(2)若∠CBA=60°,求平面B1OC1与平面BDD1B1夹角的余弦值.
(1)证明:因为四边形ACC1A1和四边形BDD1B1均为矩形,所以CC1⊥AC,DD1⊥BD.又CC1∥DD1∥OO1,所以OO1⊥AC,OO1⊥BD.因为AC∩BD=O,所以O1O⊥底面ABCD.
(2)解:因为四棱柱的所有棱长都相等,所以四边形ABCD为菱形,从而AC⊥BD.又O1O⊥底面ABCD,所以OB,OC,OO1两两垂直.如如答图3-4-11,以O为原点,OB,OC,OO1所在直线分别为x轴、y轴、z轴,建立空间直角坐标系.设四棱柱的棱长为2,因为∠CBA=60°,所以OB= ,OC=1,所以O(0,0,0),B1( ,0,2),C1(0,1,2).平面BDD1B1的一个法向量为n=(0,1,0),设平面B1OC1的法向量为m=(x,y,z),
(变问法) 本例(2)条件不变,求二面角B-A1C-D的平面角的余弦值.