高中數學解題方法談 空間向量幫你準確定位

2022-08-19 14:27:04 字數 1109 閱讀 7481

空間向量幫你準確定位

立體幾何中常出現點的存在性和位置有待於確定的問題.以「是否存在」、「是否有」、「在何位置」等形式的疑問句設問,以示結論有待於確定.傳統方法解答此類問題的思路是:

首先假設點存在或猜測點的位置,再進行推證,若推出矛盾,即可知該點不存在;若推出合理結論,則可確定該點存在或猜測結果成立.假設和猜測本身難度不大,但嚴密的邏輯思維和合理的推理,對能力要求較高.如果合理運用向量法求解,往往會比傳統方法更簡潔,而且其解題的方法、步驟非常有條理,甚至有一些程式化:

建立座標系→寫出點的座標→求出某些向量的座標→利用數量積確定點的位置.顯然,它不需要很強的推理,只要代入公式,剩下的僅僅是計算,這是使用向量法的優越性所在,也在一定程度上能夠彌補部分同學空間想象能力不足的弱點.

例1 如圖1,在稜長

為1的正方體中,p是側稜上的一點,

.問**段上是否存在乙個定點q,使得對任意的

在平面上的射影垂直於ap.並證明你的結論.

解:建立如圖1所示的空間直角座標系,則a(1,0,0),(1,0,1),(0,1,1),(0,0,1),(0,1,m).若在上存在這樣的點q,設此點的橫座標為x,則.

依題意,對任意的m要使在平面上的射影垂直於ap,即,等價於,解得,即q為的中點時,對任意的在平面上的射影垂直於ap.

編者注:2023年高考立體幾何解答題似乎「流行」考查異面直線的夾角和垂直問題,據我們粗略統計有:北京卷17題第(ⅰ)問、廣東卷17題第(ⅱ)問、浙江卷17題第(ⅰ)問、湖南卷18題第(ⅱ)問、福建卷18題第(ⅱ)問、全國卷ⅰ19題第(ⅰ)問、全國卷ⅱ19題第(ⅰ)問、安徽卷19題第(ⅰ)問、山東卷19題第(ⅰ)問及江西卷20題第(ⅰ)問無一例外都是求(證)異面直線的夾角(垂直的),這些試題,只要合理建立空間直角座標系,解答都比較順暢,希望同學們關注空間向量的應用!

例2 在正四稜柱中,底面的邊長為3,側稜是底面邊長的2倍,p是側稜上的任一點.問當p點在側稜上何處時,在平面上的射影是的平分線.

解:如圖2,建立空間直角座標系,設,

∵,.依題意,得

即,亦即,故p距c點的距離是側稜的.

通過以上兩例發現,只要我們能合理建立空間直角座標系,根據題意正確設出點的座標,剩下的便是簡單的代數運算,避開了複雜、嚴密的邏輯推理.這也是解決點的存在性和位置問題的一條有效途徑.

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