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向量代数与空间解析几何

2024 年 01 月 30 日 • 默认分类 • 阅读设置

向量代数与空间解析几何

向量代数与空间解析几何

第一节:向量

一、空间直角坐标系

1.坐标系

2.距离

1.平面
d=(x2−x1)2+(y2−y1)2
2.空间
d=(x2−x1)2+(y2−y1)2+(z2−z1)2

3.空间点的对称性

关于点对称p(a,b,c){关于x轴对称(a,−b,−c)关于y轴对称(−a,−b,c)关于z轴对称(−a,−b,c)
关于谁对称,谁不变,其他的取相反数
关于面对称p(a,b,c){关于xOy面对称(a,b,−c)关于yOz面对称(−a,b,c)关于xOz面对称(a,−b,c)
缺哪个轴,哪个轴取相反数
关于原点对称p(a,b,c)⇒(−a,−b,−c)
全部取相反数

二、向量的概念

1.定义

既有大小又有方向的量

2.向量的表示方法

从A(x1,y1,z1)为起点,以B(x2,y2,z2)为终点的向量AB={x2−x1,y2−y1,z2−z1}
终点坐标减去起点坐标

3.向量的大小:模

|a→|=(ax)2+(ay)2+(az)2|AB→|=(x2−x1)2+(y2−y1)2+(z2−z1)2

4.单位向量

单位向量:模长为1的向量

a的单位向量:1|a→|a→与a同向平行的单位向量:1|a→|a→与a反向平行的单位向量:−1|a→|a→与a平行的单位向量:±1|a→|a→

5.方向角与方向余弦

1.定义

方向角:向量与3个坐标轴的正向夹角

(α,β,γ)

方向余弦:方向角的余弦值

(cosα,cosβ,cosγ)
2.已知向量求方向余弦
cosα=ax|a→|cosβ=ay|a→|cosγ=az|a→|
3.方向余弦的关系
cos2α+cos2β+cos2γ=1

三、向量的运算

1.线性运算

a→±b→={a1±b1,a2±b2,a3±b3}ka→={ka1,ka2,ka3}

2.数量积

数量积(点乘):结果为数

记作a→·b→
1.线性运算
a→·b→=|a→||b→|cos<a→·b→>注:cos<a→·b→>为a→·b→之间的夹角a→·b→=a1b1+a2b2+a3b3
2.向量的夹角
cosθ=a→·b→|a|→·|b|→

3.向量积

1.定义

向量积(叉乘):结果为向量

记作a→×b→

大小定义

|a→×b→|=|a→||b→|sinθ

方向定义

a→×b→既垂直于a→又垂直于b→
2.向量积的计算
a→×b→=|i→j→k→a1a2a3b1b2b3|=i→|a2a3b2b3|−j→|a1a3b1b3|+k→|a1a2b1b2|=i→(a2b3−a3b2)−j→(a1b3−a3b1)+k→(a1b2−a2b1)
3.向量积的几何意义
S▱=|a→×b|→S△=12|a→×b|→S△ABC=12|AB→×AC→|
4.性质

a→·a→=(a→)2=|a→|2a→×a→=0a→·b→=b→·a→a→×b→=−b→×a→

四、向量之间的关系

a→在b→上的投影:a→·b→|b→|=|a→|cosθa→⊥b→1⟺1a→·b→=0a→//b→1⟺1{a→×b→=0a1b1=a2b2=a3b3=ka→=kb→

第二节:空间平面与直线

一、方程

1.空间平面方程

1.点法式

点M0(x0,y0,z0)10000法向量n→={A,B,C}A(x−x0)+B(y−y0)+B(z−z0)=0

2.一般式

法向量n→={A,B,C}Ax+By+Cz+D=0

3.特别

平面过原点:Ax+By+Cz=0平面平行于x轴:By+Cz+D=0平面平行于y轴:Ax+Cz+D=0平面平行于z轴:Ax+By+D=0平面经过于x轴:By+Cz=0平面经过于y轴:Ax+Cz=0平面经过于z轴:Ax+By=0平面平行xOy面:Cz+D=0平面平行yOz面:Ax+D=0平面平行xOz面:By+D=0

2.空间直线方程

1.点向式方程

点M0(x0,y0,z0)10000方向向量s→={a,b,c}x−x0a=y−y0b=z−z0c

2.两点式方程

点M1(x1,y1,z1)10000点M2(x2,y2,z2)x−x1x2−x1=y−y1y2−y1=z−z1z2−z1

3.参数方程

{x=at+x0y=bt+y0z=ct+z0

4.一般式方程

A1x+B1y+C1z+D1=0A2x+B2y+C2z+D2=0

二、位置关系

1.两平面之间的位置关系

判断平面∏1:A1x+B1y+C1z+D1=0与平面∏2:A2x+B2y+C2z+D2=0的位置关系

1.写出对应的法向量

n1→={A1,B1,C1}10000n2→={A2,B2,C2}

2.判断是否成比例

A1A2=B1B2=C1C2=k

2.1.如果成比例

{D1D2=k10000∏1与∏2重合D1D2≠k10000∏1//∏2

3.如果不成比例

n1→·n2→{=010000∏1垂直∏2≠010000∏1与∏2相交但不垂直(斜交)

 

2.两直线之间的位置关系

判断直线l1:x−x1a1=y−y1b1=z−z1c1与直线l2:x−x2a2=y−y2b2=z−z2c2的位置关系

1.写出对应的方向向量

s1→={a1,b1,c1}10000s2→={a2,b2,c2}

2.判断是否成比例

a1a2=b1b2=c1c2=k

2.1.如果成比例

在l1上取一点代入l2{成立:l1与l2重合不成立:l1与l2平行

3.如果不成比例

s1→·s2→{=010000l1垂直l2≠010000l1与l2相交但不垂直(斜交)

 

3.直线与平面之间的位置关系

判断直线:x−x0a=y−y0b=z−z0c与平面:Ax+By+Cz+D=0的位置关系

1.写出对应的向量

s→={a,b,c}10000n→={A,B,C}

2.判断是否成比例

aA=bB=cC=k

2.1.如果成比例

直线⊥平面

3.如果不成比例

s→·n→{=010⟹直线中取一点代入平面{成立10000线在面内不成立100直线//平面≠0100000相交但不垂直(斜交)

三、距离问题

1.点到面的距离

点(x0,y0,z0)到平面:Ax+By+Cz+D=0的距离d=|Ax0+By0+Cz0+D|A2+b2+C2

2.两个平行平面的距离

平面∏1:Ax+By+Cz+D1=01000平面∏2:Ax+By+Cz+D2=0d=|D1−D2|A2+b2+C2

四、夹角问题

1.两个平面的夹角

cosθ=|n1→·n2→||n1|→|n2|→1000(0≤θ≤π2)

2.两个直线的夹角

cosθ=|s1→·s2→||s1|→|s2|→1000(0≤θ≤π2)

3.直线与平面的夹角

sinθ=|s→·n→||s|→|n|→1000(0≤θ≤π2)

 

最后编辑于: 2024 年 11 月 19 日