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  • 高二数学教案:第三章 空间向量与立体几何 3.2~06《立体几何中的向量方法求空间距离》(1)(人教A版选修2-1)

    2020-12-28 高二上册数学人教版

    课题: 立体几何中的向量方法求空间距离(1)【教学简案】
    课时:06
    课型:新授课
    教学目标:利用向量方法求解空间距离问题,可以回避此类问题中大量的作图、证明等步骤,而转化为向量间的计算问题.
    (1)点到平面的距离:
    1.(一般)传统方法:
    利用定义先作出过这个点到平面的垂线段,
    再计算这个垂线段的长度;
    2.还可以用等积法求距离;
    3.向量法求点到平面的距离.
    在中,

    (其中为斜向量,为法向量)
    例1:如图,已知正方形ABCD的边长为4,E、F分别是AB、AD的中点,GC⊥平面ABCD,且GC=2,求点B到平面EFG的距离.
    分析:由题设可知CG、CB、CD两两互相垂直,可以由此建立空间直角坐标系.用向量法求解,就是求出过B且垂直于平面EFG的向量,它的长即为点B到平面EFG的距离.
    解:如图,设4i,4j,2k,以i、j、k为坐标向量建立空间直角坐标系C-xyz.
    由题设C(0,0,0),A(4,4,0),B(0,4,0),D(4,0,0),E(2,4,0),F(4,2,0),G(0,0,2).
    ∴ ,,
         ,,

    设平面EFG,M为垂足,则M、G、E、F四点共面,由共面向量定理知,存在实数a、b、c,使得,
    ∴ =(2a+4b,-2b-4c,2c).
    由平面EFG,得,,于是
      ,.
    ∴ 
    整理得:,解得.
    ∴ =(2a+4b,-2b-4c,2c)=.
    ∴ 
    故点B到平面EFG的距离为.
    说明:用向量法求点到平面的距离,常常不必作出垂线段,只需利用垂足在平面内、共面向量定理、两个向量垂直的充要条件解出垂线段对应的向量就可以了.
    例2:
    如图,在正方体中,棱长为1,为的中点,求下列问题:
    (1) 求到面的距离;
    解:如图,建立空间直角坐标系,则
    ,设为面的法向量

    取,得,
    选点到面的斜向量为
    得点到面的距离为
    课后练习:
    1.如图在直三棱柱中,, ,,求点到面的距离.
    2.在三棱锥中, 是边长为4的正三角形,平面平面,黄肌瘦,、分别为、的中点,求点到平面的距离.
    教学反思:
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