立体几何的“外挂”之向量外积
立体几何这类题需要比较强的空间思维想象力,所以对部分同学来说也是挺头疼的类型题.当我们遇到比较复杂的立体几何题时,尤其是求非特殊图形中的空间角,空间距离,以及空间体积时,如果采用综合法一般难度很大,通常我们会采取空间向量来处理.而我们一般的空间向量解法有时因为运算量大,导致我们的结果的准确性会受到影响. 下面,我们介绍一种向量运算,如果用它来做高中数学题简直就是开挂,BUG一样的存在. 向量积,数学中又称外积、叉积,物理中称矢积、叉乘,常记作,定义,其中为的夹角,且的方量与所在平面垂直,同时遵守右手定则. 若,则. 对于向量积的坐标公式,可以简单记忆口诀: (1)向量坐标写两遍: (2)掐头去尾剩中间: (3)交叉相乘再相减: 运用一、求平面的法向量 求平面的法向量,按照套路,无非就是找出平面内的两个不共线向量,然后设法向量为,然后根据向量垂直联立方程组,然后得到含参的式子,因为一个平面的法向量有无数个,最后取一个容易计算的法向量. 而使用向量积的话,因为的方量与所在平面垂直,即就是所在平面的法向量,一个公式就完事了! 例1.已知空间中的三个点,求平面的一个法向量. 解:由于 (1)向量坐标写两遍: (2)掐头去尾剩中间: (3)交叉相乘再相减:即. 所以平面的一个法向量为. 我们知道,立体几何问题中与平面有关的部分,无论是判断位置关系,还是求角大小,或者是求距离,都离不开平面法向量的计算,而有了向量积公式,则可快速写出平面的法向量,大大减少运算量,事半功倍! 运用二、求三棱锥的体积 按常规方法求体积的话,三棱锥的体积公式为.首先利用平面的知识(正、余弦定理)求出底面三角形的面积S;然后作顶点到底面的垂线,求垂线段的长即为高h,或者利用法向量的相关公式求点到平面的距离得到高度h.不论是用综合法还是向量法,求解过程都不容易. 再来看一下使用向量积求体积的公式:由三个不共面向量决定的平行六面体的体积为,因此三个不共面向量所决定的三棱锥的体积为. 即三棱锥的体积公式可表示为: 例2.已知正方体的棱长为2,求三棱锥的体积. 解:建立如图所示的空间直角坐标系,由正方体的棱长为2,可得 , 所以, 所以. 事实上,四棱锥通常可以看作由两个三棱锥组成,所以四棱锥的体积也可以用类似的方法求解!


