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1、【新课教学过程设计（二）】第四章 圆与方程4.3.2 空间两点间的距离公式【本节教材分析】（一）三维目标1知识与技能使学生掌握空间两点间的距离公式2过程与方法由平面上两点间的距离公式，引入空间两点距离公式的猜想先推导特殊情况下空间两点间的距离公式推导一般情况下的空间两点间的距离公式3情态与价值观通过空间两点间距离公式的推导，使学生经历从易到难，从特殊到一般的认识过程.（二）教学重点：空间两点间的距离公式；（三）教学难点：一般情况下，空间两点间的距离公式的推导。（四）教学建议本节课从平面直角坐标系中两点之间的距离公式入手,创设问题情景,不难把平面上的知识推广到空间,遵循从易到难、从特殊到一般的认
2、识过程,利用类比的思想方法,借助勾股定理得到空间任意一点到原点的距离.为了培养学生的理性思维,在例题中,设计了由特殊到一般的学习思路,培养学生的归纳概括能力.在问题的设计中,用一题多解的探究,纵向挖掘知识深度,横向加强知识间的联系,培养了学生的创新精神,本节课的设计通过适当的创设情境,调动学生的学习兴趣.本节课以问题为纽带,以探究活动为载体,使学生在问题的指引下、教师的指导下把探究活动层层展开、步步深入,充分体现以教师为主导,以学生为主体的指导思想.把学生学习知识的过程转变为学生观察问题、发现问题、分析问题、解决问题的过程,提高了能力、培养了兴趣、增强了信心.【新课导入设计】导入一： 距离是几
3、何中的基本度量,几何问题和一些实际问题经常涉及距离,如飞机和轮船的航线的设计,它虽不是直线距离,但也涉及两点之间的距离,一些建筑设计也要计算空间两点之间的距离,那么如何计算空间两点之间的距离呢?这就是我们本堂课的主要内容.导入二：我们知道,数轴上两点间的距离是两点的坐标之差的绝对值,即d=|x1-x2|；平面直角坐标系中,两点之间的距离是d=.同学们想,在空间直角坐标系中,两点之间的距离应怎样计算呢？又有什么样的公式呢？因此我们学习空间两点间的距离公式.【教学过程】提出问题平面直角坐标系中,两点之间的距离公式是什么？它是如何推导的？设A(x,y,z)是空间任意一点,它到原点的距离是多少？应怎样
4、计算？给你一块砖,你如何量出它的对角线长,说明你的依据.同学们想,在空间直角坐标系中,你猜想空间两点之间的距离应怎样计算？平面直角坐标系中的方程x2+y2=r2表示什么图形？在空间中方程x2+y2+z2=r2表示什么图形？试根据推导两点之间的距离公式.活动：学生回忆,教师引导,教师提问,学生回答,学生之间可以相互交流讨论,学生有困难教师点拨.教师引导学生考虑解决问题的思路,要全面考虑,大胆猜想,发散思维.学生回忆学过的数学知识,回想当时的推导过程；解决这一问题,可以采取转化的方法,转化成我们学习的立体几何知识来解；首先考虑问题的实际意义,直接度量,显然是不可以的,我们可以转化为立体几何的方法,
5、也就是求长方体的对角线长.回顾平面直角坐标系中,两点之间的距离公式,可类比猜想相应的公式；学生回忆刚刚学过的知识,大胆类比和猜想;利用的道理,结合空间直角坐标系和立体几何知识,进行推导.讨论结果：平面直角坐标系中,两点之间的距离公式是d=,它是利用直角三角形和勾股定理来推导的.图1如图1,设A(x,y,z)是空间任意一点,过A作ABxOy平面,垂足为B,过B分别作BDx轴,BEy轴,垂足分别为D,E.根据坐标的含义知,AB=z,BD=x,BE=OD=y,由于三角形ABO、BOD是直角三角形,所以BO2=BD2+OD2,AO2=AB2+BO2=AB2+BD2+OD2=z2+x2+y2,因此A到原
6、点的距离是d=.利用求长方体的对角线长的方法,分别量出这块砖的三条棱长,然后根据对角线长的平方等于三条边长的平方的和来算.由于平面直角坐标系中,两点之间的距离公式是d=,是同名坐标的差的平方的和再开方,所以我们猜想,空间两点之间的距离公式是d=,即在原来的基础上,加上纵坐标差的平方.平面直角坐标系中的方程x2+y2=r2表示以原点为圆心,r为半径的圆;在空间x2+y2+z2=r2表示以原点为球心,r为半径的球面;后者正是前者的推广.图2如图2,设P1(x1,y1,z1),P2(x2,y2,z2)是空间中任意两点,我们来计算这两点之间的距离.我们分别过P1P2作xOy平面的垂线,垂足是M,N,则
7、M(x1,y1,0),N(x2,y2,0),于是可以求出|MN|=.再过点P1作P1HP2N,垂足为H,则|MP1|=|z1|,|NP2|=|z2|,所以|HP2|=|z2-z1|.在RtP1HP2中,|P1H|=|MN|=,根据勾股定理,得|P1P2|=.因此空间中点P1(x1,y1,z1),P2(x2,y2,z2)之间的距离为|P1P2|=.于是空间两点之间的距离公式是d=.它是同名坐标的差的平方的和的算术平方根.例题讲解例1 已知A(3,3,1),B(1,0,5),求：(1)线段AB的中点坐标和长度；(2)到A,B两点的距离相等的点P(x,y,z)的坐标满足的条件.活动：学生审题,教师引
8、导学生分析解题思路,已知的两点A、B都是空间直角坐标系中的点,我们直接利用空间两点间的距离公式求解即可.知识本身不难,但是我们计算的时候必须认真,决不能因为粗心导致结果错误.解:(1)设M(x,y,z)是线段AB的中点,则根据中点坐标公式得x=2,y=,z=3.所以AB的中点坐标为(2,3).根据两点间距离公式,得d(A,B)=,所以AB的长度为.(2)因为点P(x,y,z)到A,B的距离相等,所以有下面等式：.化简得4x+6y-8z+7=0,因此,到A,B两点的距离相等的点P(x,y,z)的坐标满足的条件是4x+6y-8z+7=0.点评:通过本题我们可以得出以下两点：空间两点连成的线段中点坐
9、标公式和两点间的距离公式是平面上中点坐标公式和两点间的距离公式的推广,而平面上中点坐标公式和两点间的距离公式又可看成空间中点坐标公式和两点间的距离公式的特例.到A,B两点的距离相等的点P(x,y,z)构成的集合就是线段AB的中垂面.变式训练 在z轴上求一点M,使点M到点A(1,0,2),B(1,-3,1)的距离相等.解:设M(0,0,z),由题意得|MA|=|MB|,整理并化简,得z=-3,所以M(0,0,-3).例2 证明以A(4,3,1),B(7,1,2),C(5,2,3)为顶点的ABC是一等腰三角形.活动：学生审题,教师引导学生分析解题思路,证明ABC是一等腰三角形,只需求出|AB|,|
10、BC|,|CA|的长,根据边长来确定.证明：由两点间距离公式得：|AB|=|BC|=,|CA|=.由于|BC|=|CA|=,所以ABC是一等腰三角形.点评:判断三角形的形状一般是根据边长来实现的,因此解决问题的关键是通过两点间的距离公式求出边长.变式训练 三角形ABC的三个顶点坐标为A(1,-2,-3),B(-1,-1,-1),C(0,0,-5),试证明ABC是一直角三角形.活动：学生先思考或交流,然后解答,教师及时提示引导,要判定ABC是一直角三角形,只需求出|AB|,|BC|,|CA|的长,利用勾股定理的逆定理来判定.解:因为三个顶点坐标为A(1,-2,-3),B(-1,-1,-1),C(
11、0,0,-5),所以|AB|=3,|BC|=,|CA|=3.又因为|AB|2+|CA|2=|BC|2,所以ABC是直角三角形.例3 已知A(x,5-x,2x-1),B(1,x+2,2-x),则|AB|的最小值为( )A.0 B. C. D.活动：学生阅读题目,思考解决问题的方法,教师提示,要求|AB|的最小值,首先我们需要根据空间两点间的距离公式表示出|AB|,然后再根据一元二次方程求最值的方法得出|AB|的最小值.解析:|AB|=.当x=时,|AB|的最小值为.故正确选项为B.答案：B点评:利用空间两点间的距离公式转化为关于x的二次函数求最值是常用的方法.例4 已知三棱锥PABC(如图4),
12、PA平面ABC,在某个空间直角坐标系中,B(3m,m,0),C(0,2m,0),P(0,0,2n),画出这个空间直角坐标系并求出直线AB与x轴所成的较小的角.图3解:根据已知条件,画空间直角坐标系如图3：以射线AC为y轴正方向,射线AP为z轴正方向,A为坐标原点建立空间直角坐标系Oxyz,过点B作BEOx,垂足为E,B(m,m,0),E(m,0,0).在RtAEB中,AEB=90,|AE|=m,|EB|=m,tanBAE=.BAE=30,即直线AB与x轴所成的较小的角为30.例5如右图所示，在长方体ABCDA1B1C1D1中，ABAD2，AA14，点M在A1C1中，|MC1|2|A1M|，N在
13、D1C上且为D1C的中点，求M、N两点间的距离思路分析：建立空间直角坐标系，确定M，N两点的坐标解：根据已知条件可得|A1C1|2，由|MC1|2|A1M|，可得|A1M|，如下图所示，以A为原点，以AB，AD，AA1所在直线为坐标轴，则M(，4)，C(2,2,0)，D1(0,2,4)，N为CD1的中点可得N(1,2,2)|MN|.温馨提示：建立空间直角坐标系时要使尽可能多的点在坐标轴或坐标面上 例6直三棱柱ABCA1B1C1中，AC2，CBCC14，E、F、M、N分别是A1B1、AB、C1B1、CB的中点如右图建立空间直角坐标系(1)在平面ABB1A1内找一点P，使ABP为正三角形；(2)能
14、否在MN上求得一点Q，使AQB为以AB为斜边的直角三角形？若能，请求出点Q的坐标；若不能，说明理由思路分析：本题主要考查距离公式的运用，解决的关键是根据图形的性质将问题简化由ABP是等边三角形，则P一定在AB的垂直平分线上，由|PA|AB|可确定P点；直角三角形斜边上的中线为斜边的一半，可由|QF|AB|确定Q点坐标解：(1)EF是AB的中垂线，在平面ABB1A1内只有EF上的点与A，B两点的距离相等，设点P坐标为(1,2，z)，由|PA|AB|得，z215.z0,4，z，故平面ABB1A1内的点P(1,2，)使得ABP为正三角形(2)设MN上的点Q坐标为(0,2，z)，AQB为直角三角形，|QF|AB|.即.整理得，z24.z0,4，z2.故MN上的点Q(0,2,2)使得AQB为直角三角形温馨提示：在空间图形中，如果是证明一个三角形为正三角形或为直角三角形，可以把相关点放到一个平面中，用平面几何知识论证，也可以建立空间直角坐标系后，用坐标法来证明 课堂小结1.空间两点间的距离公式的推导与理解.2.空间两点间的距离公式的应用.3.建立适当的空间直角坐标系,综合利用两点间的距离公式.作业习题4.3 A组3,B组1、2、3.1.已知空间三点的坐标为A(1,5,-2)，B(2,4,1)，C(p,3,q+2)，若A、B、C三点共线，则p、q的值分别为( )A.3,2
