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7.2 向量法解题步骤

空间向量及其在立体几何中的应用 · 高二
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 将立体几何问题转化为向量坐标运算,通过计算向量的数量积、模长或夹角来求解几何量。

从哪来 本节为高二立体几何向量法的起点,基于空间直角坐标系建立及空间向量坐标运算规则(加法、减法、数量积)构建。

为什么 传统几何法依赖辅助线构造,思维路径发散且难以标准化;向量法将“形”转化为“数”,利用坐标运算的确定性,将复杂的几何关系(如垂直、平行、角度)转化为代数方程,实现了逻辑推理的算法化与程序化,降低了空间想象力的门槛。

坐标轴对齐法
优先选取两两垂直的棱作为坐标轴。
适合:空间想象力较强,擅长寻找几何特征,习惯从图形结构出发的学生。 操作:先找顶点,再定原点,最后写坐标。强调“垂直”是建系的核心依据。
基底向量法
不建立坐标系,选取三个不共面向量 $\vec{a}, \vec{b}, \vec{c}$ 为基底。
适合:代数运算能力强,对坐标计算易出错,喜欢抽象逻辑推导的学生。 操作:用基底表示目标向量,利用 $\vec{a}\cdot\vec{b}$ 等已知条件列方程。强调“线性表示”与“数量积展开”。
程序化模板法
固定“建系-写点-算向量-套公式”四步流程。
适合:基础薄弱,缺乏解题思路,需要明确步骤指引以建立自信的学生。 操作:提供标准化检查清单,强制按顺序执行,先求通解,再优化计算。
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练一道
基础题
在正方体 $ABCD-A_1B_1C_1D_1$ 中,棱长为 1,求异面直线 $AB_1$ 与 $BC_1$ 所成角的余弦值。
变式
同上正方体,求平面 $AB_1C$ 与平面 $ABC$ 所成二面角的余弦值。
试试手自己判
检测题
在长方体 $ABCD-A_1B_1C_1D_1$ 中,$AB=2, AD=1, AA_1=1$,求 $A_1B$ 与平面 $ABCD$ 所成角的正切值。
看答案和判分标准
答案:$\frac{1}{2}$
判对标准:
1. 正确建立坐标系或指出 $A_1$ 在底面投影为 $A$(得 1 分)。
2. 正确识别线面角为 $\angle A_1BA$(得 1 分)。
3. 计算 $\tan\angle A_1BA = \frac{AA_1}{AB} = \frac{1}{2}$(得 2 分)。
若使用向量法:求出 $\vec{A_1B}$ 与法向量 $\vec{AA_1}$ 夹角余弦,再转化为正弦,最后求正切,结果正确即可。
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