(1)用向量法证明立体几何中的平行或垂直问题,主要应用直线的方向向量和平面的法向量,同时也要借助空间中已有的一些关于平行或垂直的定理.
(2)用向量法证明平行或垂直的步骤:①建立空间图形与空间向量的关系(通过取基或建立空间直角坐标系的方法),用空间向量或以坐标形式表示问题中涉及的点、直线和平面;②通过向量或坐标,研究向量之间的关系;③根据②的结论得出立体几何问题的结论.
(3)在用向量法研究线面平行或垂直时,上述判断方法不唯一,如果要证直线l∥平面α,只需证l=λa,l⊄α,其中l是直线l的方向向量,a⊂α;如果要证l⊥α,只需在平面α内选取两个不共线向量m,n,证明即可.
1.如图所示,在棱长为2的正方体ABCDA1B1C1D1中,O为AC与BD的交点,G为CC1的中点,求证:A1O⊥平面GBD.
证明:法一:设\s\up7(―→(―→)=a,\s\up7(―→(―→)=b,\s\up7(―→(―→)=c,
则a·b=0,b·c=0,a·c=0,
\s\up7(―→(―→)=\s\up7(―→(―→)+\s\up7(―→(―→)=\s\up7(―→(―→)+(\s\up7(―→(―→)+\s\up7(―→(―→))
=c+(a+b),
\s\up7(―→(―→)=\s\up7(―→(―→)-\s\up7(―→(―→)=b-a,
\s\up7(―→(―→) =\s\up7(―→(―→) +\s\up7(―→(―→) =(\s\up7(―→(―→)+\s\up7(―→(―→) )+\s\up7(―→(―→)=(a+b)-c,
∴\s\up7(―→(―→)·\s\up7(―→(―→)=·(b-a)
=c·(b-a)+(a+b)·(b-a)
=c·b-c·a+(b2-a2)=(|b|2-|a|2)=0,
∴\s\up7(―→(―→)⊥\s\up7(―→(―→).∴A1O⊥BD.
同理可证\s\up7(―→(―→)⊥\s\up7(―→(―→).∴A1O⊥OG.
又OG∩BD=O,
∴A1O⊥平面GBD.
法二:如图所示,以D为坐标原点,DA,DC,DD1分别为x轴、y轴、z轴建立如图所示的空间直角坐标系,则D(0,0,0),B(2,2,0),A1(2,0,2),G(0,2,1),O(1,1,0),
所以\s\up7(―→(―→)=(-1,1,-2),\s\up7(―→(―→)=(2,2,0), \s\up7(―→(―→)=(0,2,1),