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第三章空间向量与立体几何3.1 空间向量及其运算3.1.3 空间向量的数量积运算预习探究空间向量的夹角知识点一?1.如图3-1-10所示,已知两个非零向量a,b,在空间任取一点O,作=a,=b,则∠AOB叫作向量a,b的 ,记作 .?2.a,b为非零向量,a,b=b,a,a与b的夹角的范围是 .?图3-1-10夹角a,b[0,π]预习探究夹角a,b0a·b几何特征零角a·b=|a||b|a,b同向锐角a·b0a,b夹角为锐角的必要非充分条件直角a·b=0a与b垂直钝角a·b0a,b夹角为钝角的必要非充分条件平角a·b=-|a||b|a,b方向相反预习探究?[讨论] (1)a,b与b,a相等吗?(2)说出式子,,,-表示的含义,并指出它们之间有什么关系??解:(1)a,b与b,a分别表示向量a,b与b,a的夹角,根据空间向量夹角的定义知a,b与b,a相等.(2),表示向量,的夹角,,-表示向量,-的夹角.它们之间的关系为,=π-,-.预习探究数量积的相关概念知识点二1.已知两个非零向量a,b,则 叫作a,b的数量积,记作 ,即 .零向量与任何向量的数量积为0.?2.空间向量数量积的性质(1)a⊥b? .?(2)|a|2= ,|a|= .?(3)cosa,b= .?|a||b|cosa,ba·ba·b=|a||b|cosa,ba·b=0a·a??预习探究?3.空间向量数量积的运算律(1)(λa)·b= .?(2)a·b= (交换律).?(3)a·= (分配律).?注:不满足结合律(a·b)·c=a·(b·c).λ(a·b)b·aa·b+a·c预习探究[思考] 判断.(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)对于向量a,b,若a·b=0,则一定有a=0或b=0.( )(2)对于非零向量b,由a·b=b·c,可得到a=c. ( )(3)若a·b0,则a,b是钝角. ( )(4)对于向量a,b,c,有(a·b)·c=a·(b·c). ( )[解析] (1) 非零向量a,b垂直时也有a·b=0.向量的数量积运算不满足消去律和乘法的结合律,故(2)(4)错.(3) 若a·b0,则a,b是钝角或π.××××考点类析数量积的计算考点一?例1如图3-1-11所示,在棱长为1的正四面体ABCD中,E,F分别是AB,AD的中点,求值:(1) ·;(2) ·;(3) ·;(4) ·.?解:(1) ·=·=||||·cos,=×cos 60°=.(2) ·=·=||2=.图3-1-11考点类析?例1 如图3-1-11所示,在棱长为1的正四面体ABCD中,E,F分别是AB,AD的中点,求值:·;(2) ·;(3) ·;(4) ·.?(3) ·=·=||·||cos,=×cos 120°=-.(4) ·=·(-)=·-·=||||cos,-||||cos,=cos 60°-cos 60°=0.图3-1-11考点类析?【变式】 (1)设正方体ABCD-A1B1C1D1的棱长为a,则有 ( )A. ·=a2 B. ·=a2C. ·=a2 D. ·=a2?[解析] (1)·=·(++)=·=-a2,故A错;·=·=·(+)=·=a2,故B错;·=·(+)=·=a2,故C正确;·=·=·(+)=-a2,故D错.C考点类析[解析] ·=- - ·=-·+·=- 1×1×-×1×1× =-.??(2)已知四面体ABCD的每条棱长都等于1,E是AB的中点,则·等于 ( )A. B.- C. D.-B考点类析利用数量积证明垂直关系考点二例2如图3-1-12所示,在正方体ABCD -A1B1C1D1中,O为AC与BD的交点,G为CC1的中点,求证:A1O⊥平面GBD.图3-1-12?证明:设=a,=b,=c,则a·b=0,b·c=0,a·c=0,|a|=|b|=|c|.∵=+=+(+)=c+a+b,=-=b-a,=+=(+)+=a+b-c,考点类析例2 如图3-1-12所示,在正方体ABCD -A1B1C1D1中,O为AC与BD的交点,G为CC1的中点,求证:A1O⊥平面GBD.图3-1-12∴·=·(b-a)=c·b-c·a+a·b-a2+b2-b·a=(b2-a2)=(|b|2-|a|2)=0.于是⊥,即A1O⊥BD.同理可得⊥,即A1O⊥OG.∵BD∩OG=O,∴A1O⊥平面GBD.?考点类析利用向量的数量积解决夹角问题考点三?[导入] (1)求两个空间向量a,b夹角的方法与求平面向量夹角的方法完全相同,都是应用公式 ,解题的关键就是求 和 .?(2)求几何体中两个向量的夹角可以把其中一个向量的起点平移到与另一个向量的起点重合,转化为求平面中的角的大小.(3)求两非零向量的夹角:cosa,b=.?cosa,b=两个向量的数量积两个向量
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