人教A版选修1-1教案：3.2立体几何中的向量方法第4课时（含答案）.doc

§3.2.3坐标法中解方程组求向量的有关问题 【学情分析】： 教学对象是高二的学生，学生已经具备空间向量与立方体几何的相关知识,前面已经学习了直线的方向向量和平面的法向量，并且对坐标法也有一定的认识，本节课是进一步通过坐标法来解决立体几何的一些问题。我们可以将这些问题，转化为空间向量的代数运算和方程组来解决。 【教学目标】： （1）知识与技能：能根据图形的特点建立合适的空间坐标系并用坐标表示点和向量；对某个向量能用解方程组的方法求其坐标. （2）过程与方法：在解决问题中，通过数形结合与问题转化的思想方法，加深对相关内容的理解。 （3）情感态度与价值观：体会把立方体几何几何转化为向量问题优势，培养探索精神。 【教学重点】： 解方程组求向量的的坐标. 【教学难点】： 解方程组求向量的的坐标.. 【教学过程设计】： 教学环节 教学活动 设计意图 一、复习引入 1． 单位向量，平面的法向量 （1）单位向量－－模为1的向量。 （2）平面的法向量－－垂直于平面的向量。 2． 坐标法。 为探索新知识做准备. 二、探究与练习 一、用空间向量解决立体几何问题的“三步曲” 学生回顾用平面向量解决平面几何问题的“三步曲”，与老师共同得出用空间向量解决立体几何问题的“三步曲”： （1）建立立体图形与空间向量的联系，用空间向量表示问题中涉及的点、直线、平面，把立体几何问题转化为向量问题；（化为向量问题） （2）通过向量运算，研究点、直线、平面之间的位置关系以及它们之间距离和夹角等问题；（进行向量运算） （3）把向量的运算结果“翻译”成相应的几何意义。（回到图形问题） 二、例题 例1：如图，在正方体ABCD-A1B1C1D1中，棱长为1，求证：平面A1BC1的法向量为直线DB1的方向向量. 分析：（1）建立空间坐标系； （2）用坐标表示向量 （3）设平面A1BC1的方向向量为n=(x,y,z)，由下列关系 列方程组求x,y,z. （4）证明向量n// （解略） 思考：有更简单的方法吗？ 向量 与、的数量积为零即可。 例2，ABCD是一个直角梯形，角ABC是直角，SA垂直于平面ABCD，SA=AB=BC=1,AD=0.5,求平面SCD与平面SBA所成二面角的余弦。 分析：求二面角的余弦，可以转换为求它们的方向向量夹角的余弦。所以本题关键是求平面的法向量。 解：以 A为原点建立空间直角坐标系，使点A、C、D、S的坐标分别为A（0，0，0）、C（－1，1，0）、D（0，0.5、0）、S（0，0，1）。 设平面 F1 F2 F3 A C O 500kg B 分析：建立坐标系，将向量坐标化，然后进行坐标形式下的向量运算。为简化运算，可以选择以三角形的一个顶点为原点、一条边所在直线为一条轴、三角形所在平面为坐标平面的坐标系。 探究：不建立坐标系，如何解决这个问题？ ――求每个力向上的分力。 让学生通过回顾寻找将立体几何问题转化为向量问题的步骤。 例1在建立坐标系后，比较简单，容易把握。分析中的方法是为配合本次课的课题而设计的。 由学生回答本例的简便解法。 例2是一个典型的通过解方程组求法向量的问题，这类问题可以不用作出二面角的平面角就求出结果。 取y＝2，因为只要向量的方向。 例3是数学与物理的综合应用问题，求合力转化为向量的加法。 帮助学生理解如何建立坐标系。 单位向量的模为1。 开拓学生思维。 三、训练与提高 1，课本P113第11题。 答案：3/8. 学生进行提高训练应用. 四、小结 1． 根据图形特点建立合适的空间直角坐标系，用坐标表示点和向量，通过向量解决问题。 2． 个别点和向量的坐标先假设，再列方程组来求出。 反思归纳 五、作业 课本P112 ，第 6 题 和P113第10题。 练习与测试： （基础题） 1，已知S是△ABC所在平面外一点，D是SC的中点，若＝，则x＋y＋z＝　　　　　　 ． 答：0 2，把边长为的正三角形沿高线折成的二面角，点到的距离是（　 ） A． B． C． D． 答：D 3，若a=(2x,1,3),b=(1,－2y,9),如果a与b为共线向量，则 A.x=1,y=1　　　　 B.x=,y=－ C.x=,y=－　　　　　　　D.x=－,y= 解析：因为a=(2x,1,3)与b=(1,－2y,9)共线，故有==,∴x=,y=－,应选C. 答案：C 4，若空间三点A(1，5，－2)、B(2，4，1)、C(p,3,q+2)共线，则p=__________,q=__________. 解析：∵A、B、C三点共线，则=λ,即(1，－1，3)=λ(p－1,－2,q+4)， ∴∴λ=，代入得p=3,q=2. 答案：3  2 （中等题） C B A O C1 B1 O1 A1 E F y x z 5，棱长为a的正方体OABC—O1A1B1C1中，E、F分别为棱AB、BC上的动点，且AE=BF=x（0≤x≤a）. 如图，以O为原点，直线OA、OC、OO1分别为x、y、z轴建立空间直角坐标系， ⑴ 求证：A1F⊥C1E； ⑵ 当△BEF的面积取得最大值时，求二面角B1—EF—B的正切值. 证明：（1）A1（a，0．a），F（a-x，a，0），C1（0，a，a），E（a，x，0） 所以 ，由此得=0， A1F⊥C1E （2）当△BEF的面积取得最大值时，E、F应分别为相应边的中点，可求得二面角B1—EF—B的正切值. 6，如图，在棱长为1的正方体ABCD—A1B1C1D1中，点E是棱BC的中点，点F是棱CD上的动点. 试确定点F的位置，使得D1E⊥平面AB1F； 解：以A为坐标原点，建立下图所示的空间直角坐标系. 设DF=x，则A(0，0，0)，B(1，0，0)，D(0，1，0),A1(0,0,1),B1(1,0,1),D1 (0,1,1), E(1,,0),F(x,1,0).　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ∴=(1，－，－1)，=(1，0，1)，=(x,1,0).　　　　　　　　　　　　　　　　　　  ∴·=1－1=0，即D1E⊥AB1.　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 于是D1E⊥平面AB1FD1E⊥AF·=0x－=0，即x=. 故当点F是CD的中点时，D1E⊥平面AB1F.