3 2立體幾何中的向量方法空間距離

2022-09-22 01:03:03 字數 946 閱讀 3345

3.2立體幾何中的向量方法-----空間距離

利用向量方法求解空間距離問題,可以迴避此類問題中大量的作圖、證明等步驟,而轉化為向量間的計算問題.

例1如圖,已知正方形abcd的邊長為4,e、f分別是ab、ad的中點,gc⊥平面abcd,且gc=2,求點b到平面efg的距離.

分析:由題設可知cg、cb、cd兩兩互相垂直,可以由此建立空間直角座標系.用向量法求解,就是求出過b且垂直於平面efg的向量,它的長即為點b到平面efg的距離.

解:如圖,設4i, 4j, 2k,以i、j、k為座標向量建立空間直角座標系c-xyz.

由題設c(0,0,0),a(4,4,0),b(0,4,0),d(4,0,0),e(2,4,0),f(4,2,0),g(0,0,2).

∴ ,,

,,.設平面efg,m為垂足,則m、g、e、f四點共面,由共面向量定理知,存在實數a、b、c,使得,

∴ =(2a+4b,-2b-4c,2c).

由平面efg,得,,於是

,.∴ 整理得:,解得.

∴=(2a+4b,-2b-4c,2c)=.

∴故點b到平面efg的距離為.

說明:用向量法求點到平面的距離,常常不必作出垂線段,只需利用垂足在平面內、共面向量定理、兩個向量垂直的充要條件解出垂線段對應的向量就可以了.

例2已知正方體abcd-的稜長為1,求直線與ac的距離.

分析:設異面直線、ac的公垂線是直線l,則線段在直線l上的射影就是兩異面直線的公垂線段,所以此題可以利用向量的數量積的幾何意義求解.

解:如圖,設i, j, k,以i、j、k為座標向量建立空間直角座標系-xyz,則有

,,,.

∴ ,,.

設n是直線l方向上的單位向量,則.

∵ n,n

∴ ,解得或.

取n,則向量在直線l上的投影為

n··.

由兩個向量的數量積的幾何意義知,直線與ac的距離為.

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