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第
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第04讲空间向量及其运算
【题型归纳目录】
题型一:空间向量的有关概念及线性运算
题型二:共线向量定理的应用
题型三:共面向量及应用
题型四:空间向量的数量积
题型五:利用空间向量的数量积求两向量的夹角
题型六:利用空间向量的数量积求线段的长度
题型七:利用空间向量的数量积证垂直
【知识点梳理】
知识点一:空间向量的有关概念
1、空间向量
(1)定义:在空间,具有大小和方向的量叫做空间向量.
(2)长度或模:空间向量的大小.
(3)表示方法:
①几何表示法:空间向量用有向线段表示;
②字母表示法:用字母a,b,c,…表示;若向量a的起点是A,终点是B,也可记作:eq\o(AB,\s\up8(→)),其模记为|a|或|eq\o(AB,\s\up8(→))|.
知识点诠释:
(1)空间中点的一个平移就是一个向量;
(2)数学中讨论的向量与向量的起点无关,只与大小和方向有关,只要不改变大小和方向,空间向量可在空间内任意平移,故我们称之为自由向量。
2、几类常见的空间向量
名称
方向
模
记法
零向量
任意
0
0
单位向量
任意
1
相反向量
相反
相等
a的相反向量:-a
eq\o(AB,\s\up8(→))的相反向量:eq\o(BA,\s\up8(→))
相等向量
相同
相等
a=b
知识点二:空间向量的线性运算
(1)向量的加法、减法
空间向量的运算
加法
eq\o(OB,\s\up8(→))=eq\o(OA,\s\up8(→))+eq\o(OC,\s\up8(→))=a+b
减法
eq\o(CA,\s\up8(→))=eq\o(OA,\s\up8(→))-eq\o(OC,\s\up8(→))=a-b
加法运算律
①交换律:a+b=b+a
②结合律:(a+b)+c=a+(b+c)
(2)空间向量的数乘运算
①定义:实数λ与空间向量a的乘积λa仍然是一个向量,称为向量的数乘运算.
当λ0时,λa与向量a方向相同;
当λ0时,λa与向量a方向相反;
当λ=0时,λa=0;λa的长度是a的长度的|λ|倍.
②运算律
结合律:λ(μa)=μ(λa)=(λμ)a.
分配律:(λ+μ)a=λa+μa,λ(a+b)=λa+λb.
知识点诠释:
(1)空间向量的运算是平面向量运算的延展,空间向量的加法运算仍然满足平行四边形法则和三角形法则.而且满足交换律、结合律,这样就可以自由结合运算,可以将向量合并;
(2)向量的减法运算是向量加法运算的逆运算,满足三角形法则.
(3)空间向量加法的运算的小技巧:
①首尾相接的若干向量之和,等于由起始向量的起点指向末尾向量的终点的向量,
即:
因此,求空间若干向量之和时,可通过平移使它们转化为首尾相接的向量;
②首尾相接的若干向量若构成一个封闭图形,则它们的和为零向量,
即:;
知识点三:共线问题
共线向量
(1)定义:表示若干空间向量的有向线段所在的直线互相平行或重合,则这些向量叫做共线向量或平行向量.
(2)方向向量:在直线l上取非零向量a,与向量a平行的非零向量称为直线l的方向向量.
规定:零向量与任意向量平行,即对任意向量a,都有0∥a.
(3)共线向量定理:对于空间任意两个向量a,b(b≠0),a∥b的充要条件是存在实数λ使a=λb.
(4)如图,O是直线l上一点,在直线l上取非零向量a,则对于直线l上任意一点P,由数乘向量定义及向量共线的充要条件可知,存在实数λ,使得eq\o(OP,\s\up8(→))=λa.
知识点诠释:此定理可分解为以下两个命题:
(1)SKIPIF10存在唯一实数,使得SKIPIF10;
(2)存在唯一实数SKIPIF10,使得SKIPIF10,则SKIPIF10.
注意:SKIPIF10不可丢掉,否则实数就不唯一.
(3)共线向量定理的用途:
①判定两条直线平行;(进而证线面平行)
②证明三点共线。
注意:证明平行时,先从两直线上取有向线段表示两个向量,然后利用向量的线性运算证明向量共线,进而可以得到线线平行,这是证明平行问题的一种重要方法。证明三点共线问题,通常不用图形,直接利用向量的线性运算即可,但一定要注意所表示的向量必须有一个公共点。
知识点四:向量共面问题
共面向量
(1)定义:平行于同一个平面的向量叫做共面向量.
(2)共面向量定理:若两个向量a,b不共线,则向量p与向量a,b共面的充要条件是存在唯一的有序实数对(x,y),使p=xa+yb.
(3)空间一点P位于平面ABC内的充要条件:存在有序实数对(x,y)
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