向量方法在高中数学教学中的应用.docVIP

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向量方法在高中数学教学中的应用 一、向量方法在几何中的应用 在目前的中学数学立体几何教学中,传统的综合方法仍占主导地位,绝大多数学生仍用着这种方法处理立体几何问题,实际上利用向量的方法处理立体几何的空间问题比传统的综合方法有着明显的优势,特别是垂直的证明,角度与长度的计算问题,可以避免构图和推理的复杂过程,减少了解题琐碎的技巧,降低了题目的难度。 (一)利用向量证明平行问题 ∵ 长方体 ABCD—A1B1C1D1 ∴ 为面 A1B1C1D1的一个法向量 ∵ ⊥面 ABCD ∴ 是面 ABCD的一个法向量,又因为∥ ∴ 面 ABCD ∥面A1B1C1D1。 3.直线与平面平行可转化为直线的方向向量与平面的法向量的垂直,也可用共面向量定理证明线面平行问题 例3 如图2所示,已知正方形 ABCD 和正方形 ABEF 所在平面互相垂直, M ,N 分别是对角线 AC 和 BF 上的动点,且 AM=FN ,求证:MN ∥平面 BEC 。 方法一: 由题意得=λ ,= ∵ =++? = λ+λ+ = λ(+)+? ?= λ(+++)+ ????????= λ+(λ-1) , ∴ ,,是共面向量 又∵ 直线MN不在平面BCE内 ∴MN∥平面BEC 。 方法二: 本题也可建空间直角坐标系求解,利用坐标运算解决问题,这样处理比较直观,便于理解掌握。 如图3所示,以点 A 为原点,以 AF、AB、AD 所在直线分别为 x 轴,y 轴,z 轴的正方向建立空间直角坐标系A - xyz 设 AB = a,则点 B 、C 、E 、F的坐标分别为 ( 0,a, 0),( 0,a,a),(a,a,0),(a, 0, 0) 设点 M 的坐标为(0,t, t),则由于AM=FN,那么点 N 坐标为:N(a - t, t, 0 ) 所以=(a – t,0, -t), =(0, 0, -a),=(a, 0,0) ∴=?+???????? ∴ ,,共面 ∵ 直线 MN不在平面BCE 内 ∴ MN∥面BCE 。 (二)利用向量证明垂直问题 向量解决解析几何问题最理想的情形是题中有“垂直”,“垂直”可以在结论中,也可以在条件中,此时用向量的优越性非常明显地体现在:两个向量垂直的充要条件可以把“垂直”的内在含又淋漓尽致地体现在一个等式中,从而有效地回避了解析几何中错综复杂的位置关系的演化,而变为纯粹的运算,其实只要看作向量问题时,所涉及的向量易于用坐标表示就足够了,既使是一般角也未尝不可,甚至有关距离的题目,也都可用向量知识去考虑。 空间线线、线面、面面垂直关系,都可以转化为空间两个向量的垂直问题。 1.“线线垂直”可以转化为“向量垂直” 设、分别是直线 a 、b 的一个方向向量,那么 a ⊥ b ⊥? · = 0 例4 如图4所示,已知正方形 ABCD 和正方形 ABEF 所在平面互相垂直,M 、N 分别是对角线 AC 和 BF 上的动点且 AM=FN ,求证 MN ⊥ AB . 方法一: ∵ =[λ+(1 -λ)] ????????????= λ+(1 -λ) ?∵  CB ⊥ AB,?BE ⊥ AB? ∴ =0,??=0 ∴ =0 ∴ ⊥ 即 MN ⊥ AB 方法二: 如图( 3 )所示 =(a - t,0,-t) ·(0, a, 0)=0 ∴ ⊥ 即 MN ⊥ AB 在证题过程中,我们可以发现用向量处理这类问题最大特色:可以将严格几何演绎推理转化为简单代数推理方式,大大缩短了教与学所花费的时间,同时也让同学通过更高的数学思维方式,抓住了事物的主要特征和内在规律,为他们继续学习打下良好的基础。 2.线面垂直问题 例5 ?如图5所示,在正方体 ABCD - A1B1C1D1 中, O 为 AC 与 BD 的交点, G 为 CC1 的中点,试用向量的方法证明: A1O ⊥平面 GBD。 解析:本题主要考查向量的分解向量数量积运算线面垂直的判定定理等知识。 A(,0,0),C(0,,0) B1 (,,),D1 (0,0,), E(,,),F(,,) 假设平面 AB1C 的法向量为=(1,,), 则应垂直于和 ,而 =(-,,0),=(0,,) ??∴ =-+=0?? ? ∴ =+=0 ∴ =1 ,=- ????? ∴ =(1,1,-) 再假设平面 D 1EF 的法向量为 =(1,,),则应垂直于,。而 =(,,-),=(,,-) ∴ =+-= 0,?=+-=0 ∴ =1, = ∴ ?=(1,1,) 由于?=1+1-=1+1-2=0 ∴ ?⊥ ∴ 平面D1EF⊥平面AB1C 。 (三)利用向量求距离 1.利用下面的公式可以求解空间内

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