高中 · 空间向量与线面垂直

看上去垂直,真的垂直吗?

平面z=0,由x、y两个独立方向张成。调整向量,让它同时垂直平面内两条方向。

问题的来处19世纪 · 向量语言

空间垂线:问题从哪里来?

向量把空间中的方向与长度转为坐标关系。透视图有助于想象,点积则让“垂直”摆脱观察角度的影响。

读一段背景,带着问题动手

向量把空间中的方向与长度转为坐标关系。透视图有助于想象,点积则让“垂直”摆脱观察角度的影响。

向量把空间中的方向与长度转为坐标关系。透视图有助于想象,点积则让“垂直”摆脱观察角度的影响。 平面z=0,由x、y两个独立方向张成。 零向量点积都为0,它能代表一条垂线吗?

现在,换你来试保持方向z不变,调整x、y使两个点积均为0,再旋转视角。

故事出处与延伸阅读

空间垂线

M03 / 立体几何
今天的问题

两个点积都为0时,再旋转视角核对。

独立探索要做什么?

保持方向z不变,调整x、y使两个点积均为0,再旋转视角。

装置 · 尺寸示意,量值见读数看证据图 ↓
先看一次,再亲手试

从2到-2 逐步改变方向y;这是条件比较,不是物理时间。暂停后可亲手调整。

尚未开始;也可直接使用装置旁的参数控件。
平面z=0 · 红蓝方向不共线 · 旋转视角验证两方向点积:0 / 1
红线:第一方向蓝线:第二方向金线:待检向量
看这里 · 与平面第二方向点积1

两方向点积为 0 和 1。只有一个点积为0还不够;继续调整另一个分量。

拖动旋转检查空间关系;正面、俯视可核对投影,读数按原构造计算。

与平面第一方向点积
0
与平面第二方向点积
1
与法向夹角
26.5651 °
是否垂直平面
0

对平面内两条相交直线均垂直才可判线面垂直;零向量不定义方向。透视图中的直角不是证明。

证据图 参考解随题设重算 · 不计个人完成

本实验以装置几何与上方读数作为证据。

换个条件,再想一步

零向量点积都为0,它能代表一条垂线吗?

先预测,再观察。反例不会替你完成独立任务。

留下两组证据

仅当前页保留最近两组,刷新清除;第三组替换最早一组。保存模型条件与单位;恢复后重算,不恢复任务完成资格。

先留一组,再改变一个条件。

从观察到解释

把证据带回纸上

展开关系与推导

向量垂直平面等价于与平面内两个独立方向均正交。只与其中一条直线垂直不足;零向量没有方向。

固定哪些量?改变哪个量?列出两组数值,写出关系,再说明一个不能套用的条件。实验支持猜想,一般证明需要理由。

先预测,再用证据解释

把这次发现,留给下次的自己

两个点积都为0时,再旋转视角核对。

换个条件,再试一次

零向量点积都为0,它能代表一条垂线吗?

看哪里?

拖动旋转检查空间关系;正面、俯视可核对投影,读数按原构造计算。

回到装置再试 ↑

仅此浏览器保存最近两组,第三组替换最早一组。条件、预测和解释一起保存;文字不自动判分。与原实验的临时记录分别保存。

尚未保存。启用交互后可以记录;请勿在这里填写个人身份信息。

先修与两种探索深度

先认识空间向量与线面垂直涉及的量与单位:方向x(无量纲)、方向y(无量纲)、方向z(无量纲)。高中为内容层次提示,未核对具体教材。

先看现象:调整向量,让它同时垂直平面内两条方向。

再做定量:保持其他条件,比较方向y与与平面第二方向点积(无量纲),再对照下方关系。

模型、来源与核验边界

向量垂直平面等价于与平面内两个独立方向均正交。只与其中一条直线垂直不足;零向量没有方向。

对照核验提示:只过一关:只垂直其中一条;同时垂直:非零法向量。按这些题设自己操作并比较与平面第二方向点积,不把参考情景当个人完成。

适用范围:对平面内两条相交直线均垂直才可判线面垂直;零向量不定义方向。透视图中的直角不是证明。

OpenStax · Calculus 3(延伸阅读;链接和公式适用性尚需逐项外部复核) ↗

本页为模型探索,未认证具体教材章节;真实学生和教师反馈尚待推广后收集。