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意一个空间向量p,存在唯一的有序实数组(x,y,z)
p=xa+yb+zc.
特别地,当三个向量两两垂直时,称为正交分解
空间向量基本定理如果三个向量a,b,c不共面,那么对任
复习回顾
使得
能否利用空间向量基本定理和空间的单位正交基底,建立空间
直角坐标系,进而建立空间向量的坐标与空间点的坐标的一一对应呢?
空间向量的运算
几何问题
基向量的运算
代数问题
探究新知
空间直角坐标系
在空间内选取一点O和一个单位正交基底{ij,k},以O为原点,
分别以i,j,k的方向为正方向、以它们的长为单位长度建立三条数轴:x轴,y轴,z轴,它们都叫做坐标轴.
空间直角坐标系Oxyz,O叫做原点,i.j,k都叫做
坐标向量,
通过每两条坐标轴的平面叫做坐标平面,分
别称为Oxy平面,Oyz平面,Oxz平面,它们把
空间分成8个部分.
右手直角坐标系
探究1
在平面直角坐标系中,每一个点和向量都可以用一对有序实数(即它的坐
标)表示.对空间直角坐标系中的每一个点和向量,是否也有类似的表示呢?
一对应
有序实数组(x,y,z)
OA=xi+yj+zk
探究2
在空间直角坐标系Oxyz中,对空间任意一点A,或任意
一个向量OA,你能借助几何直观确定它们的坐标(x,y,z)吗?
过点A分别作垂直于x轴、y轴、z轴的平面,分
别交x轴、y轴、z轴于点B、C、D,可以证明OA在x
轴、y轴、z轴上的投影向量分别为OB,OC,OD.
设点B,C和D在x轴、y轴、z轴上的坐标
分别为x,y,z,则A的坐标为(x,y,z).
例题讲解
例1如图,在长方体OABC-DABC中,OA=3,OC=4,OD=2,
以{÷OAOC,÷OD}为单位正交基底,建立如图所示的空间直角
坐标系Oxyz.
(1)写出D,C,A,B四点的坐标;
(2)写出向量AB,BB,AC,AC的坐标.
设a=(q₁,a₂,a₃),b=(b₁,b₂,b₃),
与平面向量运算的坐标表示一样,我们有:
a+b=(a₁+b,a₂+b₂,a₃+b₃),
a-b=(a₁-b,a₂-b₂,a₃-b₃),
λa=(λa₁,λa₂,λa₃),λ∈R
a·b=a₁b₁+a₂b₂+a₃b₃·
下面我们证明空间向量数量积运算的坐标表示.其他运算的坐标表示可以类似证明,请同学们自己完成.
由上述结论可知,空间向量运算的坐标表示与平面向量运算的坐标表示是完全一致的.例如,我们有:
一个空间向量的坐标等于表示此向量的有向线段的终点坐标减去起点坐标.
设{i,j,k}为空间的一个单位正交基底,则
a=a₁i+a₂j+a₃k,b=b₁i+b₂j+b₂k,
所以a·b=(a₁i+a₂j+a₃k)·(b₁i+b₂j+b₂k),
利用向量数量积的分配律以及
ii=j.j=k·k=1,i.j=j.k=k·i=
得a·b=a₁b₁+a₂b₂+a₃b₃.
0,
类似平面向量运算的坐标表示,我们还可以得到:
当b≠0时,a/1b⇔a=λb⇔a₁=λb,a₂=λb₂,a₃=Ab₂(λ∈R);
a⊥b⇔a.b=0⇔a₁b₁+a₂b₂+a₃b₃=0;
a=√a·a=√ai+a²+a;
这就是空间两点间的距离公式。“x
将空间向量的运算与向量的坐标表示结合起来,不仅可以解决夹角和距离的计算问题,而且可以使一些问题的解决变得简单.
P₂(x₂,y₂,z₂)是空间中任意两点,则
RR=OF-OR=(x₂-X₁,)₂-y,x₂-z)
于是RP₃=√PF.PF
=√(x₂-x₁)²+(y₂-y₁)²+(z₂-z)²
∴R₁P₂=RP₂=√(x₂-x₁)²+(y₂-y₁)²+(z₂-z₁)²
如图建立空间直角坐标系Oxyz,设P(x₁,y₁,),
P
2
y
2个
k
例2如图,在正方体ABCD-A,B₁C₁D中,E,F分别是BB₁,
D₁B₁的中点,求证EF⊥DA.
分析:要证EF⊥DA,只需证EF⊥DA,即证EF·DA₁=0.
我们只要用坐标表示EF,DA,并进行数量积即可
证明:不妨设正方体的棱长为1,建立
如图所示的空间直角坐标系,则
所以
又A,(1,0,1),D(0,0,0),所以DA₁=(1,0,1)
又A(1,0,1),D(0,0,0),所以DA₁=(1,0,1)
所以EF.
所以EF⊥DA,即EF⊥DA.
你能从本题的解答中体会到根据问题的特点,建立适
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