湘教版高中数学必修375空间直角坐标系之二

湘教版高中数学必修375空间直角坐标系之二内容摘要：

s|||| baba   ( 其中  为 a 与 b 的夹角 )实例 两向量作这样的运算 , 结果是一个数量 . 定义 ab  c o s|||| baba  ,Prc o s|| bjb a   ,Prc o s|| aja b  ajbba b  Pr|| .Pr|| bja a 数量积也称为“ 点积 ”、“ 内积 ” . 结论 两向量的数量积等于其中一个向量的模和另一个向量在这向量的方向上的投影的乘积 . 关于数量积的说明： 0)2(  ba   .ba )( ,0 ba  ,0|| a ,0|| b,0c o s   .ba .||)1( 2aaa  )( ,ba   ,0c o s  .0c o s||||  baba ,0 .||c o s|||| 2aaaaa   证 证  ,2,2数量积符合下列运算规律： （ 1）交换律 ：。 abba  （ 2）分配律 ：。 )( cbcacba  （ 3）若 为数 ：  ),()()( bababa   若 、 为数 ：   ).()()( baba   ,kajaiaa zyx   kbjbibb zyx  设 ba  )( kajaia zyx   )( kbjbib zyx  ,kji   ,0 ikkjji ,1||||||  kji .1 kkjjii zzyyxx babababa 数量积的坐标表达式 c o s|||| baba   ,||||c o s baba   222222c oszyxzyxzzyyxxbbbaaabababa两向量夹角余弦的坐标表示式  ba  0 zzyyxx bababa由此可知两向量垂直的充要条件为 例 1 已知 }4,1,1{ a ， }2,2,1{ b，求 （ 1 ）ba ； （ 2 ） a 与 b的夹角； （ 3 ） a 在 b上的投影 .解 ba  )1( 2)4()2(111  .9222222c o s)2(zyxzyxzzyyxxbbbaaabababa,21ajbba b  Pr||)3(  .3||Pr bbaajb  .43例 2 证明向量 c 与向量 acbbca  )()(  垂直 .证 cacbbca   ])()[(])()[( cacbcbca  ])[( cacabc  0cacbbca   ])()[( 设 O 为一根杠杆 L 的支点，有一力 F作用于这杠杆上 P 点处．力 F与 OP 的夹角为  ，力F对支点 O 的力矩是一向量 M，它的模|||||| FOQM  s i n|||| FOP M的方向垂直于 OP 与 F所决定的平面 , 指向符合右手系 .实例 LFPQO向量 a 与 b 的 向量积 为 bac  s in|||||| bac   ( 其中  为 a 与 b 的夹角 )定义 c 的方向既垂直于 a ，又垂直于 b，指向符合右手系 .关于向量积的说明： .0)1(   aa )0s i n0(  ba )2( //  .0  ba )0,0(   ba向量积也称为“ 叉积 ”、“ 外积 ” . 向量积符合下列运算规律： （ 1） .abba  （ 2） 分配律： .)( cbcacba  （ 3） 若 为数：  ).()()( bababa   )( ,0  ba ,0|| a ,0|| b,0s in   0)( 0s in  .0s i n||||||  baba 证 ba // ba  // 或0  ,kajaiaa zyx   kbjbibb zyx  设  ba  )( kajaia zyx   )( kbjbib zyx  ,kji  ,0  kkjjii,jik  ,ij  ,kij   .jki   ,ijk  kbabajbabaibaba xyyxzxxzyzzy  )()()( 向量积的坐标表达式 向量积还可用三阶行列式表示 zyxzyxbbbaaakjibaba // zzyyxxbababa 由上式可推出 zzyxbaaa 00 0,0  yx aa补充 || ba 表示以 a 和 b为邻边的平行四边形的面积 .xb 、 yb 、 zb 不能同时为零，但允许两个为零，例如， abbac  例 3 求与 kjia423  ， kjib2 都垂直的单位向量 .解 zyxzyxbbbaaakjibac211423kji,510 kj  ,55510|| 22 c||0ccc  .5152   kj 例 4 在顶点为 )2,1,1( A 、 )2,6,5( B 和)1,3,1( C 的三角形中，求 AC 边上的高 BD .ABC解 D}3,4,0{ AC}0,5,4{ AB三角形 ABC的面积为 ||21 ABACS  222 16121521  ,225|| AC ,5)3(4 22  ||21 BDS  || AC||521225 BD .5||  BD例 5 设向量 pnm ,两两垂直，符合右手规则，且4|| m ， 2|| n ， 3|| p ，计算 pnm   )( .解 ),s i n (|||||| nmnmnm   ,8124 0),(  pnm  pnm   )( c o s|||| pnm   .2438 依题意知 nm   与 p 同向，定义 设已知三个向量 a、 b、 c，数量 cba  )(称为这三个向量的 混合积 ，记为 ][ cba.][ cba  cba   )(zyxzyxzyxcccbbbaaa,kajaiaa zyx   ,kbjbibb zyx  设 ,kcjcicc zyx  混合积的坐标表达式 （ 1）向量混合积的几何意义： 向量的混合积][ cbacba )( 是这样的一个数，它的绝对值表示以向量 a、 b、 c为棱的平行六面体的体积 .acbba 关于混合积的说明： ][)2( cba  cba   )( acb   )( .)( bac  （ 3 ）三向量 a 、 b、 c 共面 .0][ cba  已知 2][ cba ， 计算 )()]()[( accbba  .解 )()]()[( accbba  )()][ accbbbcaba  ccbcccacba   )(0)()(acbaacaaba   )(0)()(0 00 0 cba   )(cba   )(2 ][2 ba  .4例 6 例 7 已知空间内不在一平面上的四点),( 111 zyxA 、 ),( 222 zyxB 、 ),( 333 zyxC 、),( 444 zyxD , 求四面体的体积 .解 由立体几何知，四面体的体积等于以向量 AB 、AC 、 AD 为棱的平行六面体的体积的六分之一 .][61 ADACABV },{ 121212 zzyyxxAB },{ 131313 zzyyxxAC },{ 141414 zzyyxxAD 14141413131312121261zzyyxxzzyyxxzzyyxxV式中正负号的选择必须和行列式的符号一致 . 向量的数量积 向量的向量积 向量的混合积 （结果是一个数量） （结果是一个向量） （结果是一个数量） （注意共线、共面的条件） 思考题 已知向量 0a ， 0b ，证明 2222 )(|||||| bababa .思考题解答 )(si n|||||| ,2222 bababa  )](co s1[|||| ,222 baba  22 |||| ba   )(co s||| ,222 baba  22 |||| ba   .)( 2ba  一、 填空题：1 、 已知 a=3 ， b=26 ， ba =7 2, 则 ba =__ ___ ___ _ ；2 、 已知 （ ba, ） =32 ，且 a=1 ， b=2 ，则 2)( ba =__ _ ___ _ ___ ___ _ ；3 、 ba  的几何意义是以 ba, 为其邻边的 ___ __ ___ _ ；4 、 三向量 cba, 的混 合积 [ cba] 的几何意 义是___ __ _ ；5 、 两向量的的内积为零的充分必要条件是至少其中有 一个向量为 ___ __ ___ ，或它们互相 ___ ___ __ ；6 、 两向量的外积为零的充分必要条件是至少其中有一 个向量为 ___ __ ___ ___ _ ，或它们互相 ___ __ _ ；练 习 题 7 、设 kjia23  ， kjib 2 , 则 ba = _ _ __ ， ba = _ __ __ _ _ , ba3)2(  = _ __ _ __ _ , ba2 = _ __ __ __ _ _ ， ),co s ( ba = _ __ _ __ __ __ ；8 、设 a= kji 32 , kjib3 和 ,2 jic  则 bcacba )()(  = __ __ __ __ _ __ _ _ ,  )()( cbba _ __ _ __ __ __ _ _ _ , cba )( = _ _ __ __ __ _ __ __ __ _ _ .二、 已知 cba  ,为 单 位 向 量 ， 且 满 足0 cba  ，计算 accbba   .三、设质量为 10 0 千克的物体从点 )8,1,3(1M 沿直线移动到点。