高中数学空间向量与立体几何知识点归纳总结.docx

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高中数学空间向量与立体几何知识点归纳总结

空间向量与立体几何知识点归纳总结

一．知识要点。

1.空间向量的概念：

在空间，我们把具有大小和方向的量叫做向量。

注：

（1）向量一般用有向线段表示同向等长的有向线段表示同一或相等的向量

（2）向量具有平移不变性

2.空间向量的运算。

定义：

与平面向量运算一样，空间向量的加法、减法与数乘运算如下（如图）

ur

uu

uuur

uuruuvr

ur

uu

运算律：

⑴加法交换律：

abba

⑵加法结合律：

（ab）ca（bc）

⑶数乘分配律：

（ab）ab

运算法则：

三角形法则、平行四边形法则、平行六面体法则

3.共线向量线向量或平行向量，a平行于b，记作a//b。

1）如果表示空间向量的有向线段所在的直

线平行或重合，那么这些向量也叫做共

（2）共线向量定理：

空间任意两个向量a、b（b≠0），a//b存在实数λ，使a＝λb。

（3）三点共线：

A、B、C三点共线<=>ABAC

<=>OCxOAyOB（其中xy1）

（4）与a共线的单位向量为a

a

4.共面向量

（1）定义：

一般地，能平移到同一平面内的向量叫做共面向量。

说明：

空间任意的两向量都是共面的。

rr

（2）共面向量定理：

如果两个向量ar,br不共线，pr与向量ar,br共面的条件是存在实数

rrr

x,y使prxaryb。

（3）四点共面：

若A、B、C、P四点共面<=>APxAByAC<=>OPxOAyOBzOC（其中xyz1）rrrr

5.空间向量基本定理：

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rrrr个唯一的有序实数组x,y,z，使prxarybzcr。

rrrrrrrrr

若三向量a,b,c不共面，我们把{a,b,c}叫做空间的一个基底，a,b,c叫做基向量，空间任意三个不共面的向量都可以构成空间的一个基底。

推论：

设O,A,B,C是不共面的四点，则对空间任一点P，都存在唯一的三个有序实数uuuruuuruuuruuur

x,y,z，使OPxOAyOBzOC。

6.空间向量的直角坐标系：

（1）空间直角坐标系中的坐标：

在空间直角坐标系Oxyz中，对空间任一点A，存在唯一的有序实数组（x,y,z），使OAxiyizk，有序实数组（x,y,z）叫作向量A在空间直角坐标系Oxyz中的坐标，记作A（x,y,z），x叫横坐标，y叫纵坐标，z叫竖坐标。

注：

①点A（x,y,z）关于x轴的的对称点为（x,-y,-z）,关于xoy平面的对称点为（x,y,-z）.即点关于什么轴/平面对称，什么坐标不变，其余的分坐标均相反。

②在y轴上的点设为（0,y,0）,在平面yOz中的点设为（0,y,z）

（2）若空间的一个基底的三个基向量互相垂直，且长为1，这个基底叫单位正交基底，

rrr

用{i,j,k}表示。

空间中任一向量axiyjzk=（x,y,z）

（3）空间向量的直角坐标运算律：

rrrr

①若a（a1,a2,a3），b（b1,b2,b3），则ab（a1b1,a2b2,a3b3），

rrr

ab（a1b1,a2b2,a3b3），a（a1,a2,a3）（R），

rr

aba1b1a2b2a3b3，

rr112233

a//ba1b1,a2b2,a3b3（R），

rr

aba1b1a2b2a3b30。

uuur

②若A（x1,y1,z1），B（x2,y2,z2），则AB（x2x1,y2y1,z2z1）。

一个向量在直角坐标系中的坐标等于表示这个向量的有向线段的终点的坐标减去起点的坐标。

③定比分点公式：

若A（x1,y1,z1），B（x2,y2,z2），APPB，则点P坐标为x1x2y1y2z1z2

（112,112,112）。

推导：

设P（x,y,z）则（xx1,yy1,zz1）（x2x,y2y,z2z）,

显然，当P为AB中点时，P（x1x2,y1y2,z1z2）

222

2）

P（32

⑤ΔABC的五心：

内心

P：

内切圆的圆心，

角平分线的交点。

AP（ABAC）（单位向量）

AB

AC

外心

P：

外接圆的圆心，

垂心

中垂线的交点。

P：

高的交点：

PAPBPAPCPBPC

P：

中线的交点，三等分点（中位线比）AP中心：

正三角形的所有心的合一。

rr

（4）模长公式：

若a（a1,a2,a3），b（b1,b2,b3），

则|a|aaa12a22a32，|br|bbb1

a1b1a2b2a3b3

重心

PAPBPC

移项，内积为0，则垂直）

1

（ABAC）

3

222

a2a3，|b|rrrrab5）夹角公式：

cosab

222

b2b3

|a||b|a12a22a32b12b22b32

ΔABC中①AB?

AC0<=>A为锐角②AB?

AC0<=>A为钝角，钝角Δ（6）两点间的距离公式：

若A（x1,y1,z1），B（x2,y2,z2），则|uAuBur|uAuBur（x2x1）2（y2y1）2（z2z1）2，

或dA,B（x2x1）2（y2y1）2（z2z1）2

④ABC中，A（x1,y1,z1）,B（x2,y2,z2）,C（x3,y3,z3），三角形重心P坐标为x1x2x3y1y2y3z1z2z3

uuur

OA

|a|。

rr

|b|cosar,b叫做ar,br的数量积，记

①a

（5）

①（

e|a|cosa,e

空间向量数量积运算律：

rrrrrrrr

a）b（ab）a（b）。

②ab

。

②aba

2

b0。

③|a|aa。

ba（交换律）。

7.

空间向量的数量积。

（1）空间向量的夹角及其表示：

已知两非零向量ar,br，在空间任取一点O，作

ruuurrrrr

a,OBb，则AOB叫做向量ar与br的夹角，记作a,b；且规定

rrrrrrrrra,b，显然有ar,bb,ar；若ar,b，则称ar与b互相垂直，记作：

arb

uuuruuur2

（2）向量的模：

设OuuAurar，则有向线段OuuAur的长度叫做向量ar的长度或模，记作：

（3）向量的数量积：

已知向量ar,br，则|ar|

rrr

4）

作arbr，即arb|ar||b|cosar,b

rrrrrrr

③a（bc）abac（分配律）。

④不满足乘法结合率：

（ab）ca（bc）二．空间向量与立体几何

1．线线平行两线的方向向量平行

1-1线面平行线的方向向量与面的法向量垂直

1-2面面平行两面的法向量平行

2线线垂直（共面与异面）两线的方向向量垂直

2-1线面垂直线与面的法向量平行

2-2面面垂直两面的法向量垂直

3线线夹角（共面与异面）[0O,90O]两线的方向向量n1,n2的夹角或夹角的补角，coscosn1,n2

3-1线面夹角[0O,90O]：

求线面夹角的步骤：

先求线的方向向量AP与面的法向量n的夹角，若为锐角角即可，若为钝角，则取其补角；再求其余角，即是线面的夹

角.sincosAP,n

3-2面面夹角（二面角）[0O,180O]：

若两面的法向量一进一出，则二面角等于两法向量n1,n2的夹角；法向量同进同出，则二面角等于法向量的夹角的补角.coscosn1,n2

PQ

?

n

n

4．点面距离h：

求点Px0,y0到平面的距离：

在平面上去一点Qx,y，得向量uPuQru;；计算平面的法向量n;.h

4-

：

转化为点面距离

1线面距离（线面平行）

4-

：

转化为点面距离

2面面距离（面面平行）

【典型例题】

1．基本运算与基本知识（）

例1.已知平行六面体ABCD－ABCD，化简下列向量表达式，标出化简结果的向量uuuruuuruuuruuuruuur

⑴ABBC；⑵ABADAA；

uuuruuur1uuuur1uuuruuuruuur

⑶ABADCC；⑷（ABADAA）。

23

例2.对空间任一点O和不共线的三点A,B,C，问满足向量式：

uuuruuuruuuruuur

OPxOAyOBzOC（其中xyz1）的四点P,A,B,C是否共面？

例3已知空间三uuur点uuurA（0，2，3），B（－2，1，6），C（1，－1，5）⑴求以向量uAuBur,uAuCur为一组邻边的平行四边形的面积S；

uuuruuur

⑵若向量ar分别与向量uAuBur,uAuCur垂直，且|ar|＝3，求向量ar的坐标。

2．基底法

如何找，转化为基底运算）

3．坐标法

如何建立空间直角坐标系，找坐标）

OAC45o，

4．几何法

例4.

如图，在空间四边形OABC中，OA8，AB6，AC4，BC5，

135o易错写成OuuAur,uAuCur

例5.长方体ABCDA1B1C1D1中，AB交点，又AFBE，求长方体的高BB1。

45o，切记！

BC4，E为A1C1与B1D1的交点，F为BC1与B1C的

模拟试题】

1.已知空间四边形ABCD，连结uuurAC,uuBurD，uuu设rM,G分别是BC,CD的中点，化简下列各表达式，并标出化简结果向量：

（1）uAuBuruBuCurCuuDur；

uuur1uuuruuur

2）AB（BDBC）；

2

uuur1uuuruuur

3）AG（ABAC）。

2

2.已知平行四边形ABCD，从平面AC外一点O引向量uuuruuuruuuruuuruuuruuuruuuruuur

OEkOA,OFkOB,OGkOC,OHkOD。

（1）求证：

四点E,F,G,H共面；

（2）平面AC//平面EG。

5.已知平行六面体ABCDABCD中，

AB4,AD3,AA5,BAD90o，

BAADAA60o，求AC的长。

[参考答案]

1.解：

如图，

1）

uuur

AB

uuuruuuruuur

BCCDAC

uuur

CD

uuur

AD

2）

uuur

1uuur

uuur

uuur

1uuu