2.运用空间向量的坐标运算解决几何问题时,首先要恰当建立空间直角坐标系,计算出相关点的坐标,进而写出向量的坐标,再结合公式进行论证、计算,最后转化为几何结论.

拓展题例

[例1] 已知A(3,2,1)、B(1,0,4),求:

(1)线段AB的中点坐标和长度;

(2)到A、B两点距离相等的点P(x,y,z)的坐标满足的条件.

解:(1)设P(x,y,z)是AB的中点,则= (+)=[(3,2,1)+(1,0,4)]=(2,1,),∴点P的坐标是(2,1,),dAB==.

(2)设点P(x,y,z)到A、B的距离相等,

则

=.

化简得4x+4y-6z+3=0,即为P的坐标应满足的条件.

评述:空间两点P1(x1,y1,z1)、P2(x2,y2,z2)的中点为(,,),且|P1P2|=.

 [例2] 棱长为a的正方体ABCD-A1B1C1D1中,在棱DD1上是否存在点P使B1D⊥面PAC?

解:以D为原点建立如图所示的坐标系,

设存在点P(0,0,z),

=(-a,0,z),

=(-a,a,0),

 =(a,a,a),

∵B1D⊥面PAC,∴·=0,·=0.∴-a2+az=0.∴z=a,即点P与D1重合.

∴点P与D1重合时,DB1⊥面PAC.

[例3] (2004年春季安徽)已知三棱柱ABC-A1B1C1中底面边长和侧棱长均为a,侧面A1ACC1⊥底面ABC,A1B= a.

(1)求异面直线AC与BC1所成角的余弦值;

(2)求证:A1B⊥面AB1C.

解:过点B作BO⊥AC,垂足为点O,则BO⊥侧面ACC1A1,连结A1O,在Rt△A1BO中,A1B=a,BO=a,∴A1O=a.

又AA1=a,AO=.∴△A1AO为直角三角形,A1O⊥AC,A1O⊥底面ABC.

解法一:(1)∵A1C1∥AC,∴∠BC1A1为异面直线AC与BC1所成的角.

∵A1O⊥面ABC,AC⊥BO,∴AC⊥A1B.∴A1C1⊥A1B.

在Rt△A1BC1中,A1B=a,A1C1=a,

∴BC1= a.∴cos∠BC1A1=.

∴异面直线AC与BC1所成角的余弦值为.

(2)设A1B与AB1相交于点D,

∵ABB1A1为菱形,∴AB1⊥A1B.

又A1B⊥AC,AB1与AC是平面AB1C内两条相交直线,∴A1B⊥面AB1C.

解法二:(1)如图,建立坐标系,原点为BO⊥AC的垂足O.由题设条件可得B( a,0,0),C1(0,a,a),A(0,-a,0),C(0,a,0),  

∴ =(-a,a,a),=(0,a,0).

设与的夹角为θ,则

cosθ===,

∴异面直线AC与BC1所成角的余弦值为.

(2)A1(0,0,a),B(a,0,0),∴ =(a,0,-a),

=(0,a,0),·=0.

∴A1B⊥AC.

∵ABB1A1为菱形,∴A1B⊥AB1.

又∵AB1与AC为平面AB1C内两条相交直线,∴A1B⊥平面AB1C.

 0  293918  293926  293932  293936  293942  293944  293948  293954  293956  293962  293968  293972  293974  293978  293984  293986  293992  293996  293998  294002  294004  294008  294010  294012  294013  294014  294016  294017  294018  294020  294022  294026  294028  294032  294034  294038  294044  294046  294052  294056  294058  294062  294068  294074  294076  294082  294086  294088  294094  294098  294104  294112  447090 

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