法向量求二面角-空間向量課件

平面法向量在立體幾何中的應(yīng)用——利用法向量求二面角平面法向量1(一)平面的法向量的定義：n如果n,那么向量n叫做平面的法向量(一)平面的法向量的定義：n如果n,那么向量n叫做平面21、利用平面法向量求直線與平面所成的角：直線與平面所成的角等于平面的法向量所在的直線與已知直線的夾角的余角。（二）平面法向量的應(yīng)用如圖：直線AB與平面所成的角=(=<BA,n>)2ABCn例1、利用平面法向量求直線與平面所成的角：直線與平面所成的角等32、利用平面法向量求二面角的大小求二面角的大小，先求出兩個半平面的法向量的夾角，然后根據(jù)二面角與其大小相等或互補(bǔ)求出二面角的大小mn如圖：二面角的大小等于-<m,n>2、利用平面法向量求二面角的大小求二面角的大小，先求出兩個半42、利用平面法向量求二面角的大小如圖：二面角的大小等于<m,n>mn指入、指出平面的法向量的夾角的大小就是二面角的大小。

2、利用平面法向量求二面角的大小如圖：二面角的大小等于<m5例1：如圖，正方體ABCD-A1B1C1D1中，E，F(xiàn)，M，N分別是A1B1，BC，C1D1，B1C1的中點(diǎn)，求二面角M-EF-N的大小AD1C1B1A1NMFEDCB(2)例1：如圖，正方體ABCD-A1B1C1D1中，E，F(xiàn)，M，6AD1C1B1A1NMFEDCBxyz解：（1）建系如圖所示，設(shè)正方體棱長為2,則M（0，1，2）F（1，2，0）E（2，1，2）N（1，2，2）則MF=（1,1，-2）NF=（0，0，-2）EF=（-1，1，-2），設(shè)平面ENF的法向量為n=(x,y,z),EFn=0NFn=0{-x+y-2z=0-2z=0則{{x=yz=0令x=y=1,則n=(1,1,0)2AD1C1B1A1NMFEDCBxyz解：（1）建系如圖所示7AD1C1B1A1NMFEDCBxyz解：（2）建系如圖，由（1）得：面ENF的法向量為n=（1，1，0），又MF=（1，1，-2）EF=（-1，1，-2）設(shè)面EMF的法向量為m=（x,y,z)，則{MF.m=0EFm=0{x+y-2z=0-x+y-2z=0{x=0y=2z令z=1,則m=(0,2,1)

cos<m,n>=10/5由題意可知，所求二面角為銳角，故所求二面角的大小為arccos(10/5)AD1C1B1A1NMFEDCBxyz解：（2）建系如圖，由8（2）如圖，在空間直角坐標(biāo)系中，BC=2，原點(diǎn)O為BC的中點(diǎn)，點(diǎn)A的坐標(biāo)是（1，1，0）點(diǎn)D在平面yoz上，且BDC=90o，DCB=30o,求二面角D-BA-C的大小AOzyxDCB(0,-1,0)(1,1,0)(0,1,0)E30o(0,-1/2,3/2)（2）如圖，在空間直角坐標(biāo)系中，BC=2，原點(diǎn)O為BC的中點(diǎn)9解：由題可知B（0，-1，0），C（0，1，0），又A（1，1，0），得AC=1，AB=5，又BC=2，ACB=90o，又BCD=30o，BDC=90o，故BD=1，CD=3，由D點(diǎn)向BC作垂線DE，則DE=3/2，OE=1/2，得D（0，-1/2，3/2），E（0，-1/2，0），ED=(0,0,3/2),BA=(1,2,0),BD=(0,1/2,3/2),面ABC的法向量為ED，可求得面ABD的法向量為n=(23,-3,1)cos<ED,n>=1/4<ED,n>=arccos(1/4)二面角D-BA-C的大小為arccos(1/4)例解：由題可知B（0，-1，0），C（0，1，0），又A（1，10例２．在四面體ABCD中，AB⊥面BCD，BC=CD，∠BCD＝，∠ADB=．E、F分別是AＣ、AD的中點(diǎn)。１）求證平面BEF⊥平面ABC；２）求二面角ＥＦ－Ｂ－ＣＤ的大小。

ＥＤＡＣＢＦxzy例２．在四面體ABCD中，AB⊥面BCD，BC=CD，∠BC111.如圖,正廣州一模1.如圖,正廣州一模122.(廣州二模）如圖，D,E,F分別是AB,BC,CP的中點(diǎn)，AB=AC=1,PA=2.(1)求直線PA和平面DEF所成的角的大小；(2)求點(diǎn)P到平面DEF的距離。CBPAFED2.(廣州二模）如圖，13小結(jié)：1、本節(jié)主要復(fù)習(xí)了法向量在求線面角和二面角方面的應(yīng)用，注意所求角與法向量的聯(lián)系，掌握基本的思想方法。2、立體幾何問題求解的思想方法的發(fā)展趨勢用代數(shù)的方法解決立體幾何問題是立體幾何的發(fā)展趨勢，而向量是用代數(shù)的方法解決立體幾何問題的主要工具，故，學(xué)會用向量法解立體幾何問題是學(xué)好立體幾何的基礎(chǔ)。小結(jié)：1、本節(jié)主要復(fù)習(xí)了法向量在求線面角和二面角方面的應(yīng)用，143、利用法向量求點(diǎn)到平面的距離AB如圖：點(diǎn)A到平面的距離d=|BA||cos<BA,n>|dA1n3、利用法向量求點(diǎn)到平面的距離AB如圖：點(diǎn)A到平面的距離d=15例2：已知棱長為1的正方體ABCD-A1B1C1D1，E，F(xiàn)分別是B1C1和C1D1的中點(diǎn)，求點(diǎn)A1到平面BDEF的距離。FED1C1B1A1DCBA例2：已知棱長為1的正方體ABCD-A1B1C1D1，E，F(xiàn)16FED1C1B1A1DCBAFED1C1B1A1DCBA174、利用法向量證明面面垂直問題mn證明面面垂直可轉(zhuǎn)化為證明它們的法向量垂直4、利用法向量證明面面垂直問題mn證明面面垂直可轉(zhuǎn)化為證18例3：如圖，在正三棱柱ABC-A1B1C1中，AB=AA1/3=a，E、F分別是BB1、CC1上的點(diǎn)，且BE=a，CF=2a。求證:面AEF面ACF。AFEC1B1A1CBxzy例3：如圖，在正三棱柱ABC-A1B1C1中，AB=AA1/19AFEC1B1A1CBzy不防設(shè)a=2，則A（0，0，0），B（3，1，0），C（0，2，0），E（3，1，2），F(xiàn)（0，2，4），AE=（3，1，2）AF=（0，2，4），因為，x軸面ACF，所以可取面ACF的法向量為m=（1，0，0），設(shè)n=（x,y,z)是面AEF的法向量，則x{nAE=3x+y+2z=0nAF=2y+4z=0{x=0y=-2z令z=1得,n=（0，-2，1）顯然有mn=0，即，mn面AEF面ACF證明：如圖，建立空間直角坐標(biāo)系A(chǔ)-xyz，AFEC1B1A1CBzy不防設(shè)20平面法向量在立體幾何中的應(yīng)用——利用法向量求二面角平面法向量21(一)平面的法向量的定義：n如果n,那么向量n叫做平面的法向量(一)平面的法向量的定義：n如果n,那么向量n叫做平面221、利用平面法向量求直線與平面所成的角：直線與平面所成的角等于平面的法向量所在的直線與已知直線的夾角的余角。（二）平面法向量的應(yīng)用如圖：直線AB與平面所成的角=(=<BA,n>)2ABCn例1、利用平面法向量求直線與平面所成的角：直線與平面所成的角等232、利用平面法向量求二面角的大小求二面角的大小，先求出兩個半平面的法向量的夾角，然后根據(jù)二面角與其大小相等或互補(bǔ)求出二面角的大小mn如圖：二面角的大小等于-<m,n>2、利用平面法向量求二面角的大小求二面角的大小，先求出兩個半242、利用平面法向量求二面角的大小如圖：二面角的大小等于<m,n>mn指入、指出平面的法向量的夾角的大小就是二面角的大小。

2、利用平面法向量求二面角的大小如圖：二面角的大小等于<m25例1：如圖，正方體ABCD-A1B1C1D1中，E，F(xiàn)，M，N分別是A1B1，BC，C1D1，B1C1的中點(diǎn)，求二面角M-EF-N的大小AD1C1B1A1NMFEDCB(2)例1：如圖，正方體ABCD-A1B1C1D1中，E，F(xiàn)，M，26AD1C1B1A1NMFEDCBxyz解：（1）建系如圖所示，設(shè)正方體棱長為2,則M（0，1，2）F（1，2，0）E（2，1，2）N（1，2，2）則MF=（1,1，-2）NF=（0，0，-2）EF=（-1，1，-2），設(shè)平面ENF的法向量為n=(x,y,z),EFn=0NFn=0{-x+y-2z=0-2z=0則{{x=yz=0令x=y=1,則n=(1,1,0)2AD1C1B1A1NMFEDCBxyz解：（1）建系如圖所示27AD1C1B1A1NMFEDCBxyz解：（2）建系如圖，由（1）得：面ENF的法向量為n=（1，1，0），又MF=（1，1，-2）EF=（-1，1，-2）設(shè)面EMF的法向量為m=（x,y,z)，則{MF.m=0EFm=0{x+y-2z=0-x+y-2z=0{x=0y=2z令z=1,則m=(0,2,1)

cos<m,n>=10/5由題意可知，所求二面角為銳角，故所求二面角的大小為arccos(10/5)AD1C1B1A1NMFEDCBxyz解：（2）建系如圖，由28（2）如圖，在空間直角坐標(biāo)系中，BC=2，原點(diǎn)O為BC的中點(diǎn)，點(diǎn)A的坐標(biāo)是（1，1，0）點(diǎn)D在平面yoz上，且BDC=90o，DCB=30o,求二面角D-BA-C的大小AOzyxDCB(0,-1,0)(1,1,0)(0,1,0)E30o(0,-1/2,3/2)（2）如圖，在空間直角坐標(biāo)系中，BC=2，原點(diǎn)O為BC的中點(diǎn)29解：由題可知B（0，-1，0），C（0，1，0），又A（1，1，0），得AC=1，AB=5，又BC=2，ACB=90o，又BCD=30o，BDC=90o，故BD=1，CD=3，由D點(diǎn)向BC作垂線DE，則DE=3/2，OE=1/2，得D（0，-1/2，3/2），E（0，-1/2，0），ED=(0,0,3/2),BA=(1,2,0),BD=(0,1/2,3/2),面ABC的法向量為ED，可求得面ABD的法向量為n=(23,-3,1)cos<ED,n>=1/4<ED,n>=arccos(1/4)二面角D-BA-C的大小為arccos(1/4)例解：由題可知B（0，-1，0），C（0，1，0），又A（1，30例２．在四面體ABCD中，AB⊥面BCD，BC=CD，∠BCD＝，∠ADB=．E、F分別是AＣ、AD的中點(diǎn)。１）求證平面BEF⊥平面ABC；２）求二面角ＥＦ－Ｂ－ＣＤ的大小。

ＥＤＡＣＢＦxzy例２．在四面體ABCD中，AB⊥面BCD，BC=CD，∠BC311.如圖,正廣州一模1.如圖,正廣州一模322.(廣州二模）如圖，D,E,F分別是AB,BC,CP的中點(diǎn)，AB=AC=1,PA=2.(1)求直線PA和平面DEF所成的角的大小；(2)求點(diǎn)P到平面DEF的距離。CBPAFED2.(廣州二模）如圖，33小結(jié)：1、本節(jié)主要復(fù)習(xí)了法向量在求線面角和二面角方面的應(yīng)用，注意所求角與法向量的聯(lián)系，掌握基本的思想方法。2、立體幾何問題求解的思想方法的發(fā)展趨勢用代數(shù)的方法解決立體幾何問題是立體幾何的發(fā)展趨勢，而向量是用代數(shù)的方法解決立體幾何問題的主要工具，故，學(xué)會用向量法解立體幾何問題是學(xué)好立體幾何的基礎(chǔ)。小結(jié)：1、本節(jié)主要復(fù)習(xí)了法向量在求線面角和二面角方面的應(yīng)用，343、利用法向量求點(diǎn)到平面的距離AB如圖：點(diǎn)A到平面的距離d=|BA||cos<BA,n>|dA1n3、利用法向量求點(diǎn)到平面的距離AB如圖：點(diǎn)A到平面的距離d=35例2：已知棱長為1的正方體ABCD-A1B1C1D1，E，F(xiàn)分別是B1C1和C1D1的中點(diǎn)，求點(diǎn)A1到平面BDEF的距離。FED1C1B1A1DC