高中數(shù)學(xué)選擇性必修一 1.4.2 用空間向量研究距離、夾角問(wèn)題課件(共27張)

1、人教2019 A版 選擇性必修 第一冊(cè)1.4.2 用空間向量研究距離、夾角問(wèn)題 (1) 距離問(wèn)題 第一章空間向量與立體幾何學(xué)習(xí)目標(biāo) 能用向量方法解決點(diǎn)到直線、點(diǎn)到平面、互相平行的直線、互相平行的平面的距離問(wèn)題.(直觀想象、數(shù)學(xué)運(yùn)算) 如圖，在蔬菜大棚基地有一條筆直的公路,某人要在點(diǎn)A處，修建一個(gè)蔬菜存儲(chǔ)庫(kù)。如何在公路上選擇一個(gè)點(diǎn),修一條公路到達(dá)A點(diǎn),要想使這個(gè)路線長(zhǎng)度理論上最短,應(yīng)該如何設(shè)計(jì)？問(wèn)題：空間中包括哪些距離?求解空間距離常用的方法有哪些?答案：點(diǎn)到直線、點(diǎn)到平面、兩條平行線及兩個(gè)平行平面的距離; 傳統(tǒng)方法和向量法.情境導(dǎo)學(xué)一、點(diǎn)到直線的距離、兩條平行直線之間的距離1.點(diǎn)到直線的距離2

2、.兩條平行直線之間的距離求兩條平行直線l,m之間的距離,可在其中一條直線l上任取一點(diǎn)P,則兩條平行直線間的距離就等于點(diǎn)P到直線m的距離.點(diǎn)睛：點(diǎn)到直線的距離,即點(diǎn)到直線的垂線段的長(zhǎng)度,由于直線與直線外一點(diǎn)確定一個(gè)平面,所以空間點(diǎn)到直線的距離問(wèn)題可轉(zhuǎn)化為空間某一個(gè)平面內(nèi)點(diǎn)到直線的距離問(wèn)題.探究新知1.已知正方體ABCD-A1B1C1D1的棱長(zhǎng)為2,E,F分別是C1C,D1A1的中點(diǎn),則點(diǎn)A到直線EF的距離為.小試牛刀二、點(diǎn)到平面的距離、兩個(gè)平行平面之間的距離 點(diǎn)到平面的距離 已知平面的法向量為n,A是平面內(nèi)的定點(diǎn),P是平面外一點(diǎn).過(guò)點(diǎn)P作平面的垂線l,交平面于點(diǎn)Q,則點(diǎn)P到平面的距離為2.如果一

3、條直線l與一個(gè)平面平行,可在直線l上任取一點(diǎn)P,將線面距離轉(zhuǎn)化為點(diǎn)P到平面的距離求解.3.兩個(gè)平行平面之間的距離如果兩個(gè)平面,互相平行,在其中一個(gè)平面內(nèi)任取一點(diǎn)P,可將兩個(gè)平行平面的距離轉(zhuǎn)化為點(diǎn)P到平面的距離求解.探究新知2.在正四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,底面邊長(zhǎng)為2,側(cè)棱長(zhǎng)為4,則點(diǎn)B1到平面AD1C的距離為.解析:以D為坐標(biāo)原點(diǎn),DA,DC,DD1所在直線分別為x軸,y軸,z軸,建立空間直角坐標(biāo)系,則A(2,0,0),C(0,2,0),D1(0,0,4),B1(2,2,4),小試牛刀例1.已知直三棱柱ABC-A1B1C1中,AA1=1,AB=4,BC=3,ABC=90,求點(diǎn)B到直

4、線A1C1的距離.解:以B為坐標(biāo)原點(diǎn),建立如圖所示的空間直角坐標(biāo)系,則A1(4,0,1),C1(0,3,1),所以直線A1C1的方向向量典例解析 用向量法求點(diǎn)到直線的距離時(shí)需注意以下幾點(diǎn):(1)不必找點(diǎn)在直線上的垂足以及垂線段;(2)在直線上可以任意選點(diǎn),但一般選較易求得坐標(biāo)的特殊點(diǎn);(3)直線的方向向量可以任取,但必須保證計(jì)算正確.歸納總結(jié)延伸探究1 例1中的條件不變,若M,N分別是A1B1,AC的中點(diǎn),試求點(diǎn)C1到直線MN的距離.解:如例1解中建立空間直角坐標(biāo)系(圖略). 延伸探究2 將條件中直三棱柱改為所有棱長(zhǎng)均為2的直三棱柱,求點(diǎn)B到A1C1的距離.解:以B為坐標(biāo)原點(diǎn),分別以BA,過(guò)B

5、垂直于BA的直線,BB1為x軸,y軸,z軸建立如圖所示的空間直角坐標(biāo)系,則B(0,0,0),A1(2,0,2),例2 在三棱錐S-ABC中,ABC是邊長(zhǎng)為4的正三角形,平面SAC平面ABC,SA=SC= ,M,N分別為AB,SB的中點(diǎn),如圖所示.求點(diǎn)B到平面CMN的距離.思路分析 借助平面SAC平面ABC的性質(zhì),建立空間直角坐標(biāo)系,先求平面CMN的法向量,再求距離.典例解析解:取AC的中點(diǎn)O,連接OS,OB.SA=SC,AB=BC,ACSO,ACBO.平面SAC平面ABC,平面SAC平面ABC=AC,SO平面ABC.又BO平面ABC,SOBO.如圖所示,分別以O(shè)A,OB,OS所在直線為x軸,y

6、軸,z軸,建立空間直角坐標(biāo)系Oxyz, 求點(diǎn)到平面的距離的主要方法(1)作點(diǎn)到平面的垂線,點(diǎn)到垂足的距離即為點(diǎn)到平面的距離.(2)在三棱錐中用等體積法求解.歸納總結(jié)跟蹤訓(xùn)練1 在直三棱柱中,AA1=AB=BC=3,AC=2,D是AC的中點(diǎn).(1)求證:B1C平面A1BD;(2)求直線B1C到平面A1BD的距離.跟蹤訓(xùn)練(2)解:因?yàn)锽1C平面A1BD,所以B1C到平面A1BD的距離就等于點(diǎn)B1到平面A1BD的距離.如圖建立坐標(biāo)系,金題典例 如圖,在直三棱柱ABC-A1B1C1中,ABC=90,BC=2,CC1=4,點(diǎn)E在棱BB1上,EB1=1,D,F,G分別為CC1,B1C1,A1C1的中點(diǎn),

7、EF與B1D相交于點(diǎn)H.(1)求證:B1D平面ABD;(2)求證:平面EGF平面ABD;(3)求平面EGF與平面ABD的距離.思路分析： 根據(jù)兩個(gè)平行平面間距離的定義,可將平面與平面間的距離轉(zhuǎn)化為一個(gè)平面內(nèi)一點(diǎn)到另一個(gè)平面的距離,即點(diǎn)面距.金題典例(1)證明:如圖所示建立空間直角坐標(biāo)系,設(shè)AB=a,則A1(a,0,0),B1(0,0,0),C1(0,2,0),F(0,1,0),E(0,0,1),A(a,0,4),B(0,0,4),D(0,2,2),所以B1DAB,B1DBD.又ABBD=B,所以B1D平面ABD.所以GFAB,EFBD.又GFEF=F,ABBD=B,所以平面EGF平面ABD.總

8、結(jié)：求兩個(gè)平行平面的距離,先在其中一個(gè)平面上找到一點(diǎn),然后轉(zhuǎn)化為該點(diǎn)到另一個(gè)平面的距離求解.注意:這個(gè)點(diǎn)要選取適當(dāng),以方便求解為主.歸納總結(jié)1.兩平行平面,分別經(jīng)過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)O和點(diǎn)A(2,1,1),且兩平面的一個(gè)法向量 n=(-1,0,1),則兩平面間的距離是()答案:B 當(dāng)堂檢測(cè)2.若三棱錐P-ABC的三條側(cè)棱兩兩垂直,且滿足PA=PB=PC=1,則點(diǎn)P到平面ABC的距離是()答案:D 解析:分別以PA,PB,PC所在的直線為x軸,y軸,z軸建立空間直角坐標(biāo)系(圖略),則A(1,0,0),B(0,1,0),C(0,0,1).可以求得平面ABC的一個(gè)3.如圖,正方體ABCD-A1B1C1D1的棱長(zhǎng)為1,O是平面A1B1C1D1的中心,則O到平面ABC1D1的距離是()答案:B 答案:3 解析:以點(diǎn)C為坐標(biāo)原點(diǎn),CA,CB,CP所在直線分別為x軸,y軸,z軸建立如圖所示的空間直角坐標(biāo)系.則A(4,0,0),B(0,3,0),5.棱長(zhǎng)為1的正方體ABCD-A1B1C1D1中,M,N分別是線段BB1,B1C1的中點(diǎn),則直線MN到平面ACD1的距離為.解析:如圖,以點(diǎn)D為坐標(biāo)原點(diǎn),DA,DC,DD1所在直線分別為x軸,y軸,z軸建立空間直角坐標(biāo)系.課堂小結(jié)運(yùn)用空間