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【中图分类号】G633.6 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2012)07-0156-01
向量知识已经进入中学数学教材,由于向量具有几何形式和代数形式的“双重身份”,使它成为中学数学知识的一个交汇点。向量作为一种工具,为解决中学数学问题提供了全新的视角,是培养学生创新精神和能力的极佳契机。由于学生对向量概念和性质理解不够,随意套用实数,平面的几何性质,所以解题时会出现种种错误。在向量课堂教学中应突出以下几点:
一、明晰概念,突出定理抽象概括过程
向量的概念是从物理中位移的概念抽象出来的,在数学中它虽然是抽象形式符号,依然可以以位移为背景图象,加以去理解并不困难。在概念教学中教师应注意知识内容的背景和教学情境的引入,使学生能置于问题情境中,在轻松愉快的气氛和生动活泼的环境下进行抽象。
二、注意向量的性质与实数性质的区别
向量——既有大小又有方向的量。向量的运算与实数的运算不尽相同,在教学中要注意利用新旧知识之间的矛盾冲突,及时让学生加以辨别、总结,有利于正确理解向量的实质。例如:①对于实数a≠0,若a·b=0,则b一定为0,但对于■≠■,若■·■=■,不能推出■是零向量,因为■·■=|■|·|■|cosθ,cosθ可以为0,即对任一个与■垂直的非零向量■,均有■·■=■。②对于实数 a、b、c,有(a·b)·c=a·(b·c)即满足结合律。但对向量来说,它是错误的,即(■·■)·■≠■·(■·■),因为(■·■)·■表示与■共线的向量,而■·(■·■)表示与■共线的向量,一般情况下, ■与■是不共线的。在教学中我通过引导学生分组讨论、类比、总结,给学生一个问题,让他们自己去探究;给学生一个空间让他们自己往前走,使学生成为真正的学习主体。
三、明确数量积的符号与夹角的关系,并灵活应用
对于非零向量■、■,当■、■的夹角为锐角时其数量积的符号为正;当■、■的夹角为钝角时其数量积的符号为负;当■、■的夹角为直角角时其数量积为零。然而,当■、■的数量积为正时,其夹角为锐角或零角;当■、■的数量积为负时,其夹角为钝角或平角;且有-|■|·|■|≤■·■≤|■|·|■|成立。当■、■的夹角为零角时■·■=|■|·|■|;当■、■的夹角为平角时■·■=-|■|·|■|在我们实际解题过程中如能灵活运用,将取得很好的效果。
四、突出向量在立体几何中的应用
解决立体几何问题主要是“平移是手段,垂直是关键”。在未引入向量以前,大多数学生在解题时往往因一条辅助线没有作出而功亏一篑,对解立体几何题具有畏惧心理。有了向量以后,两个向量的共线易解决平行问题,向量的数量积则易解决线面垂直、线线垂直;异面直线所成角、线面角、二面角及线段长度问题。掌握了用向量方法来解决立体几何这套强有力的工具,不仅降低了难度,而且增强了可操作性,为学生解题提供了崭新视角,进一步拓宽了思维渠道,消除了学生对立体几何学习所产生的畏惧的心理障碍,更有利于推进新课改、新理念、新教材的教学实验,更有利于素质教育的实施。在立体几何的距离和角计算问题中,都可以利用向量来进行,现小结如下:
1.求点到平面的距离
平面外一点A到这个平面的距离等于以A和平面内一点P分别为起点和终点的向量■在这个平面的法向量■上的射影的绝对值:|AP′|=■
2.求两异面直线之间的距离
异面直线l1和 l2之间的距离等于分别以 l1上一点E和l2 上 一点F为起点和终点的向量■在直线l1和l2的公共法向量■上的射影的绝对值: |E′F′|=■
3.求两条异面直线所成的角
异面直线所成的角α,利用它们所有的向量■、■,转化为向量■、■的夹角θ问题,但θ∈(0,π),而α∈(0,■),所以cosα=cosθ=■
例:已知正方体ABCD-A1B1C1D1的棱长为1,求异面直线AC与DA1所成角的大小。
解:以D 为原点,引进坐标系,则D(0,0,0),A(1,0,0),C(0,1,0),A1(1,0,1)
设AC与DA1所成的角为θ,则cosθ=■=■=■
又θ∈(0,■],所以θ=■,故异面直线AC与DA1所成角的大小为■。
4.求直线与平面所成的角
在求平面的斜线与平面所成的角时,一般有两种思考的途径,一种是按定义得∠POH= ■,■,另一种方法利用法向量知识,平面α的法向量为■,先求■与■的夹角, 注意PO与α所成的角θ与■,■的關系,于是sinθ= |cos■,■|。
5.求二面角的平面角
利用向量法求二面角有两种途径,一是根据二面角的平面角定义,AB⊥l,CD⊥l, AB∈α,CD∈β,则二面角α—l—β的大小为■,■,另一种方法是利用两个平面的法向量■1,■2的夹角求解,但应注意向量■1, ■2的夹角与二面角的大小相等或互补。
向量还可以解决其它一些问题,如在解析几何、三角、不等式、数列等方面的应用,有时会起到意想不到的效果,充分体现利用向量解题工具的优越性,这里不再一一赘述。
向量知识已经进入中学数学教材,由于向量具有几何形式和代数形式的“双重身份”,使它成为中学数学知识的一个交汇点。向量作为一种工具,为解决中学数学问题提供了全新的视角,是培养学生创新精神和能力的极佳契机。由于学生对向量概念和性质理解不够,随意套用实数,平面的几何性质,所以解题时会出现种种错误。在向量课堂教学中应突出以下几点:
一、明晰概念,突出定理抽象概括过程
向量的概念是从物理中位移的概念抽象出来的,在数学中它虽然是抽象形式符号,依然可以以位移为背景图象,加以去理解并不困难。在概念教学中教师应注意知识内容的背景和教学情境的引入,使学生能置于问题情境中,在轻松愉快的气氛和生动活泼的环境下进行抽象。
二、注意向量的性质与实数性质的区别
向量——既有大小又有方向的量。向量的运算与实数的运算不尽相同,在教学中要注意利用新旧知识之间的矛盾冲突,及时让学生加以辨别、总结,有利于正确理解向量的实质。例如:①对于实数a≠0,若a·b=0,则b一定为0,但对于■≠■,若■·■=■,不能推出■是零向量,因为■·■=|■|·|■|cosθ,cosθ可以为0,即对任一个与■垂直的非零向量■,均有■·■=■。②对于实数 a、b、c,有(a·b)·c=a·(b·c)即满足结合律。但对向量来说,它是错误的,即(■·■)·■≠■·(■·■),因为(■·■)·■表示与■共线的向量,而■·(■·■)表示与■共线的向量,一般情况下, ■与■是不共线的。在教学中我通过引导学生分组讨论、类比、总结,给学生一个问题,让他们自己去探究;给学生一个空间让他们自己往前走,使学生成为真正的学习主体。
三、明确数量积的符号与夹角的关系,并灵活应用
对于非零向量■、■,当■、■的夹角为锐角时其数量积的符号为正;当■、■的夹角为钝角时其数量积的符号为负;当■、■的夹角为直角角时其数量积为零。然而,当■、■的数量积为正时,其夹角为锐角或零角;当■、■的数量积为负时,其夹角为钝角或平角;且有-|■|·|■|≤■·■≤|■|·|■|成立。当■、■的夹角为零角时■·■=|■|·|■|;当■、■的夹角为平角时■·■=-|■|·|■|在我们实际解题过程中如能灵活运用,将取得很好的效果。
四、突出向量在立体几何中的应用
解决立体几何问题主要是“平移是手段,垂直是关键”。在未引入向量以前,大多数学生在解题时往往因一条辅助线没有作出而功亏一篑,对解立体几何题具有畏惧心理。有了向量以后,两个向量的共线易解决平行问题,向量的数量积则易解决线面垂直、线线垂直;异面直线所成角、线面角、二面角及线段长度问题。掌握了用向量方法来解决立体几何这套强有力的工具,不仅降低了难度,而且增强了可操作性,为学生解题提供了崭新视角,进一步拓宽了思维渠道,消除了学生对立体几何学习所产生的畏惧的心理障碍,更有利于推进新课改、新理念、新教材的教学实验,更有利于素质教育的实施。在立体几何的距离和角计算问题中,都可以利用向量来进行,现小结如下:
1.求点到平面的距离
平面外一点A到这个平面的距离等于以A和平面内一点P分别为起点和终点的向量■在这个平面的法向量■上的射影的绝对值:|AP′|=■
2.求两异面直线之间的距离
异面直线l1和 l2之间的距离等于分别以 l1上一点E和l2 上 一点F为起点和终点的向量■在直线l1和l2的公共法向量■上的射影的绝对值: |E′F′|=■
3.求两条异面直线所成的角
异面直线所成的角α,利用它们所有的向量■、■,转化为向量■、■的夹角θ问题,但θ∈(0,π),而α∈(0,■),所以cosα=cosθ=■
例:已知正方体ABCD-A1B1C1D1的棱长为1,求异面直线AC与DA1所成角的大小。
解:以D 为原点,引进坐标系,则D(0,0,0),A(1,0,0),C(0,1,0),A1(1,0,1)
设AC与DA1所成的角为θ,则cosθ=■=■=■
又θ∈(0,■],所以θ=■,故异面直线AC与DA1所成角的大小为■。
4.求直线与平面所成的角
在求平面的斜线与平面所成的角时,一般有两种思考的途径,一种是按定义得∠POH= ■,■,另一种方法利用法向量知识,平面α的法向量为■,先求■与■的夹角, 注意PO与α所成的角θ与■,■的關系,于是sinθ= |cos■,■|。
5.求二面角的平面角
利用向量法求二面角有两种途径,一是根据二面角的平面角定义,AB⊥l,CD⊥l, AB∈α,CD∈β,则二面角α—l—β的大小为■,■,另一种方法是利用两个平面的法向量■1,■2的夹角求解,但应注意向量■1, ■2的夹角与二面角的大小相等或互补。
向量还可以解决其它一些问题,如在解析几何、三角、不等式、数列等方面的应用,有时会起到意想不到的效果,充分体现利用向量解题工具的优越性,这里不再一一赘述。