第一章 · 第二节
空间向量基本定理
共线向量定理 · 共面向量定理 · 空间向量基本定理

📖 知识点学习

🎯 学习目标

  • 掌握共线向量定理和共面向量定理
  • 理解空间向量基本定理的内容与意义
  • 掌握基底、基向量、向量的线性组合的概念
  • 能将向量用一组基底线性表示
知识点一:共线向量定理
📐 共线向量定理
定理:对空间任意两个向量 a, b(b ≠ 0),a 与 b 共线的充要条件是存在实数 λ,使 a = λb
即:a ∥ b ⇔ a = λb(b ≠ 0,λ 唯一确定)。
💡 共线与点在直线上
  • 空间一点 P 在直线 l 上的充要条件:存在实数 t,使 OP = OA + t·AB
  • 其中 A 是 l 上一定点,AB 是直线 l 的方向向量
  • 这是用向量判断三点共线的依据
知识点二:共面向量定理
📐 共面向量定理
定理:如果两个向量 a, b 不共线,则向量 p 与 a, b 共面的充要条件是存在唯一的有序实数对 (x, y),使 p = xa + yb
💡 点在平面内
  • 空间一点 P 在平面 ABC 内的充要条件:存在有序实数对 (x, y),使 AP = x·AB + y·AC
  • 或:OP = OA + x·AB + y·AC
  • 可用于判断四点共面
知识点三:空间向量基本定理
⭐ 空间向量基本定理
定理:如果三个向量 a, b, c 不共面,那么对空间任一向量 p,存在一个有序实数组 (x, y, z),使 p = xa + yb + zc
把 {a, b, c} 叫做空间的一个基底,a, b, c 都叫做基向量
{a,b,c}
基底
不共面
p
任一向量
= xa+yb+zc
x,y,z
坐标分量
唯一确定
💡 重要说明
  • 三个向量不共面 ⟺ 它们可以作为基底
  • 空间任意四个向量中,必有一个可由另三个线性表示
  • 基向量的选取不唯一(只要不共面即可)
  • 若 a, b, c 共面,则不能构成基底

🎬 动画讲解

📢
点击「播放动画」按钮开始学习...

🧪 互动实验:向量分解

💡 拖动滑块改变基底系数 x、y、z,观察合成向量 p = xa + yb + zc 的变化
⚙️ 基底系数
p = xa + yb + zc(1.5, 1.0, 1.0)
|p|2.06
📋 实验结论
空间中任一向量都可由不共面的三个基向量唯一线性表示 p = xa + yb + zc。改变系数 x、y、z,合成向量 p 随之变化,体现了基底分解的唯一性。

📝 例题精讲

💡 提示:点击「下一步」按钮,逐步查看详细解题过程
例题 1判断共线
设 a, b 是不共线的向量,向量 c = 2a − 3b,d = −4a + 6b。判断 c 与 d 是否共线。
🔍 解题过程
1观察:d = −4a + 6b = −2(2a − 3b) = −2c。
2判断:由于 d = −2c,即存在实数 λ = −2 使 d = λc。
3结论:由共线向量定理,c 与 d 共线。
✅ c 与 d 共线,因为 d = −2c。
例题 2用基底表示向量
已知 {a, b, c} 是空间的一个基底,向量 p = 2a + 3b − c,q = a − b + 2c。求 2p − q 用基底表示的结果。
🔍 解题过程
1计算:2p = 2(2a + 3b − c) = 4a + 6b − 2c。
2相减:2p − q = (4a + 6b − 2c) − (a − b + 2c) = 3a + 7b − 4c。
3结论:2p − q = 3a + 7b − 4c,已用基底 {a, b, c} 表示。
✅ 2p − q = 3a + 7b − 4c。

🚀 拓展提升

🔍 从平面向量到空间向量

空间向量基本定理是平面向量基本定理的推广。

  • 平面向量基本定理:p = xa + yb(a, b 不共线)
  • 空间向量基本定理:p = xa + yb + zc(a, b, c 不共面)
  • 维度从2推广到3,基底从2个到3个

💡 判断四点共面

四点 A, B, C, D 共面的充要条件。

  • AB = x·AC + y·AD(存在实数 x, y)
  • 或三个向量 AB, AC, AD 线性相关
  • 即存在不全为零的实数使 x·AB + y·AC + z·AD = 0

📐 基底的选取

在实际问题中,常选取特殊的基底简化计算。

  • 选取互相垂直的三个向量(正交基底)
  • 选取与几何体棱重合的向量
  • 好的基底选取能简化坐标运算

✏️ 练习巩固

💡 提示:每道题作答后会立即显示解析,请认真思考后再作答
第 1 题★☆☆ 基础
向量 a 与 b(b≠0)共线的充要条件是?
Aa = λb(λ为实数)
Ba·b = 0
C|a| = |b|
Da + b = 0
第 2 题★☆☆ 基础
下列可作为空间一个基底的向量组是?
A三个共面向量
B三个共线向量
C含零向量的三个向量
D三个不共面的非零向量
第 3 题★★☆ 巩固
在空间向量基本定理中,p = xa + yb + zc,其中实数 x, y, z 的值是?
A不存在的
B唯一确定的
C有无数组
D与基底无关
第 4 题★★☆ 巩固
已知 a, b 不共线,p = 3a + 2b 与 q = 6a + 4b 的关系是?
A不共线
B共线
C垂直
D无法确定
第 5 题★★★ 拓展
设 {a, b, c} 是空间基底,则下列也能作为基底的是?
Aa+b, a−b, 2a
Ba, b, a+b
Ca+b, b+c, a+c
Da, 2a, 3a

🧠 知识点问答

老师来考考你!下面的问题都来自本节课的知识点,看看你掌握了多少。每次点击"再考一次"题目顺序都会随机打乱哦!
🎉

课程完成!

恭喜你完成了「1.2 空间向量基本定理」的学习!

📌 本节核心要点回顾:
① 共线向量定理:a∥b ⇔ a = λb
② 共面向量定理:p = xa + yb(a,b不共线)
③ 空间向量基本定理:p = xa + yb + zc(a,b,c不共面)
④ {a,b,c} 为基底,x,y,z 唯一确定