高中数学选择性必修一课件：1 1 1 空间向量及其线性运算(人教A版)

第一章

空间向量与立体几何[数学文化]——了解数学文化的发展与应用向量最初被应用于物理学，很多物理量都是向量，如：力、速度、位移以及电场强度、磁感应强度.大约公元前350年，古希腊著名学者亚里士多德就知道了力可以表示成向量，两个力的合力可以用平行四边形法则得到.“向量”一词来自力学、解析几何中的有向线段.最先使用有向线段表示向量的是英国科学家牛顿.历史上很长一段时间，空间的向量结构并未被数学家们所认识，直到19世纪末20世纪初，人们才把空间的性质与向量的运算联系起来，使向量成为具有一套优良运算通性的数学知识和数学体系.[读图探新]——发现现象背后的知识空间向量是一种重要的数学工具，它不仅在解决几何问题中有着广泛的应用，而且在物理学、工程学、卫星发射与运行等方面也有着广泛的应用.问题1：港珠澳大桥是我国桥梁建设史上的又一座丰碑，它必定在推动经济发展中起到巨大的作用.在港珠澳大桥的建设过程中，涉及到很多空间的直线(如把大桥的斜拉索看成直线)和平面(如把海平面看成平面)的夹角问题，这些夹角如何计算？如何保证这些夹角的大小达到设计要求？问题2：北斗导航系统是在地球赤道平面上设置2颗地球同步卫星，卫星的赤道角距约60°.GPS是在6个轨道平面上设置24颗卫星，轨道赤道倾角55°，轨道面赤道角距60°.在设计过程中如何计算这些角？链接：两个问题中都涉及到空间角的计算问题，这些问题我们在高中数学的必修课中已经学习了它们的计算方法，但是运算方法技巧性强，不适合现代工程设计的实践和应用，不适合应用计算机进行大量的数据处理，我们本章学习的空间向量，就可以把这些问题代数化，可以很方便地应用计算机解决.1.1空间向量及其运算1.1.1空间向量及其线性运算课标要求素养要求1.经历由平面向量推广到空间向量的过程，了解空间向量的概念.2.经历由平面向量的运算及其法则推广到空间向量的过程.3.掌握空间向量的线性运算.在空间向量概念的形成中和进行线性运算的过程中，经历由具体到抽象、由图形语言到符号语言的表达过程，发展学生的直观想象、数学抽象和数学运算素养.新知探究李老师下班回家，先从学校大门口骑自行车向北行驶1000m，再向东行驶1500m，最后乘电梯上升15m到5楼的住处.在这个过程中，李老师从学校大门口回到住处所发生的总位移就是三个位移的合成(如图所示).问题1.以上三个位移是同一个平面内的向量吗？2.如何刻画李老师行驶的位移？提示1.不是.2.借助于空间向量的运算.1.空间向量的有关概念 (1)空间向量的定义：在空间，我们把具有_________和_________的量叫做空间向量. (2)空间向量的长度：空间向量的大小叫做向量的________或_____.大小方向长度模有向线段|a|2.特殊的空间向量

在空间中，向量、相等向量、共线向量、单位向量等概念与平面向量中对应的概念完全一样名称定义及表示零向量规定长度为0的向量叫做___________，记为0单位向量_________的向量叫做单位向量相反向量与向量a长度_______而方向_______的向量，叫做a的相反向量，记为－a零向量模为1相等相反2.特殊的空间向量

在空间中，向量、相等向量、共线向量、单位向量等概念与平面向量中对应的概念完全一样名称定义及表示零向量规定长度为0的向量叫做___________，记为0单位向量_________的向量叫做单位向量相反向量与向量a长度_______而方向_______的向量，叫做a的相反向量，记为－a零向量模为1相等相反共线向量如果表示若干空间向量的有向线段所在的直线_____________________，那么这些向量叫做共线向量或平行向量.规定：零向量与任意向量_______，即对于任意向量a，都有0_____a.相等向量方向_______且模_______的向量称为相等向量.在空间，_______且_______的有向线段表示同一向量或相等向量互相平行或重合平行∥相同相等同向等长3.空间向量的线性运算空间向量的加法满足三角形法则和平行四边形法则，减法满足三角形法则(2)空间向量线性运算的运算律(其中λ，μ∈R)①交换律：a＋b＝_______；②结合律：(a＋b)＋c＝______________，λ(μa)＝_______；③分配律：(λ＋μ)a＝__________，λ(a＋b)＝__________.b＋aa＋(b＋c)(λμ)aλa＋μaλa＋λb4.空间向量共线的充要条件注意充要条件中的“b≠0”a＝λbλλa5.空间向量共面的充要条件平行或重合平行于平行于p＝xa＋yb5.空间向量共面的充要条件平行或重合平行于平行于p＝xa＋yb拓展深化[微判断]1.若向量a与b都是单位向量，则a＝b.()

提示若a与b都是单位向量，则|a|＝|b|，但未必有a＝b.2.若a＝－b，则|a|＝|b|.(

)3.若两个向量的终点重合，则这两个向量的方向相同.(

)

提示两个向量的终点重合，起点不知如何，则其方向的关系不能确定.×√×A.a＋b＋c B.a－b＋cC.a＋b－c D.a－b－c答案A2.在下列条件中，使点M与点A，B，C一定共面的是(

)答案C4.已知a与b不共线，若向量2a－b和3a＋mb共线，则实数m＝________.[微思考]1.一条直线的方向向量是唯一的吗？

提示直线的方向向量是指与直线平行或共线的向量.一条直线的方向向量有无限多个，它们的方向相同或相反.2.若向量p，a，b满足p＝xa＋yb，那么向量p，a，b共面吗？

提示当a与b共线时，显然向量p，a，b共面；当a与b不共线时，由向量共面的充要条件，可知向量p，a，b共面.3.若a∥b，b∥c，则一定有a∥c吗？

提示

当b＝0时，不一定.4.在空间中，所有单位向量平移到同一起点后，终点轨迹是什么图形？

提示

因为单位向量的模均等于1，那么当所有单位向量移到同一起点后，终点轨迹是一个球面.题型一空间向量的概念【例1】

(1)下列关于空间向量的说法中正确的是(

)解析(1)A中，向量a，b平行，则a，b所在的直线平行或重合；B中，|a|＝|b|只能说明a，b的长度相等而方向不确定；C中，向量不能比较大小，故选D.答案(1)D

(2)BC规律方法空间向量的概念与平面向量的概念相类似，平面向量的其他相关概念，如向量的模、相等向量、平行向量、相反向量、单位向量等都可以拓展为空间向量的相关概念.【训练1】如图所示，以长方体ABCD－A1B1C1D1的八个顶点的两点为起点和终点的向量中，解(1)∵P是C1D1的中点，(2)∵N是BC的中点，(3)∵M是AA1的中点，规律方法利用数乘运算进行向量表示的技巧(1)数形结合：利用数乘运算解题时，要结合具体图形，利用三角形法则、平行四边形法则，将目标向量转化为已知向量.(2)明确目标：在化简过程中要有目标意识，巧妙运用中点性质.答案D解法一∵M，N分别是AC，BF的中点，且四边形ABCD和ABEF都是平行四边形，法二∵M，N分别是AC，BF的中点，且四边形ABCD和ABEF都是平行四边形，角度2向量共面问题【例3－2】已知A，B，M三点不共线，对于平面ABM外的任意一点O，确定在下列条件下，点P是否与A，B，M一定共面.∴P与A，B，M共面.∴P与A，B，M不共面.规律方法(1)判定向量共线就是充分利用已知条件找到实数λ，使a＝λb成立，或充分利用空间向量的运算法则，结合具体图形通过化简，计算得出a＝λb，从而得到a∥b.(2)向量共面的充要条件的实质是共面的四点中所形成的两个不共线的向量一定可以表示其他向量，对于向量共面的充要条件，不仅会正用，也要能够逆用它求参数的值.解(1)设AC的中点为G，连接EG，FG，即存在实数x＝－4，y＝2，一、素养落地1.通过学习空间向量的相关概念，培养数学抽象素养.通过学习空间向量的线性运算，提升直观想象和数学运算素养.2.空间向量的概念和平面向量类似，向量的模、零向量、单位向量、相等向量、共线向量等都可以结合平面向量理解.3.向量可以平移，任意两个向量都是共面向量.因此空间两个向量的线性运算和平面向量完全相同，可以利用平行四边形法则和三角形法则来进行运算.二、素养训练1.在平行六面体ABCD－A′B′C′D′的各条棱所在的向量中，模与向量的模相等的向量有(

) A.7个 B.3个

C.5个 D.6个答案A2.(多选题)下列命题中正确的是(

) A.如果a，b是两个单位向量，则|a|＝|b|； B.两个空间向量相等，则它们的起点相同，终点也相同； C.若a，b，c为任意向量，则(a＋b)＋c＝a＋(b＋c)； D.空间任意两个非零向量都可以平移到同一个平面内.解析由单位向量的定义知|a|＝|b|＝1，故A正确；因相等向量不一定有相同的起点和终点，所以B错误；由向量加法运算律知C正确；在空间确定一点后，可将两向量的起点移至该点，两向量所在直线确定一个平面，这两个非零向量就共同在这个平面内，故D正确.答案ACD答案B∵向量e1，e2不共线，备用工具&资料答案B二、素养训练1.在平行六面体ABCD－A′B′C′D′的各条棱所在的向量中，模与向量的模相等的向量有(

) A.7个 B.3个

C.5个 D.6个答案A新知探究李老师下班回家，先从学校大门口骑自行车向北行驶1000m，再向东行驶1500m，最后乘电梯上升15m到5楼的住处.在这个过程中，李老师从学校大门口回到住处所发生的总位移就是三个位移的合成(如图所示).1.空间向量的有关概念 (1)空间向量的定义：在空间，我们把具有_________和_________的量叫做空间向量. (2)空间向量的长度：空间向量的大小叫做向量的________或_____.大小方向长度模有向线段|a|1.1空间向量及其运算1.1.1空间向量及其线性运算课标要求素养要求1.经历由平面向量推广到空间向量的过程，了解空间向量的概念.2.经历由平面向量的运算及其法则推广到空间向量的过程.3.掌握空间向量的线性运算.在空间向量概念的形成中和进行线性运算的过程中，经历由具体到抽象、由图形语言到符号语言的表达过程，发展学生的直观想象、数学抽象和数学运算素养