《创新课堂》1.4.2第一课时 用空间向量研究距离问题 课件 高中数学选修一(人教A版)同步讲练测
文档属性
| 名称 | 《创新课堂》1.4.2第一课时 用空间向量研究距离问题 课件 高中数学选修一(人教A版)同步讲练测 |
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| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 5.5MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教A版（2019） | ||
| 科目 | 数学 | ||
| 更新时间 | 2026-02-07 00:00:00 | ||
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文档简介
(共79张PPT)
第一课时 用空间向量研究距离问题
1. 能用向量方法解决点到直线、点到平面、相互平行的直线、相互平行的平面间的距离问题（数学抽象、数学运算）.
2. 通过空间中距离问题的求解，体会向量方法在研究几何问题中的作用（数学运算、直观想象）.
课标要求
几何学中，经常需要计算两个图形间的距离.一个图形内任一点与另一个图形内任一点的距离中的最小值，通常叫做这两个图形的距离.空间中常见的距离有：两点间的距离、点到直线的距离、点到平面的距离、相互平行的直线之间的距离、相互平行的平面之间的距离等.计算距离是空间度量最基本的问题.如何用向量方法求解这些距离呢？这就是这节课我们要学习的内容.
情境导入
知识点一 点到直线的距离
01
知识点二 点到平面的距离
02
知识点三 直线、平面到平面的距离
03
课时作业
04
目录
01
PART
知识点一
点到直线的距离
问题1 （1）回忆一下，在平面中，若直线l的单位方向向量为u，A是直
线l上的定点，P是直线l外一点.如何求点P到直线l的距离？
提示：如图，设 ＝a，则向量 在直线l上的投影向量
＝（a·u）u.在Rt△APQ中，由勾股定理，得点P到直线l的
距离为PQ＝ ＝ .
（2）如果问题（1）中的点和直线是空间点和直线，上述距离公式还
成立吗？
提示：成立.
【知识梳理】
点到直线的距离：
如图，直线l的单位方向向量为u，A是直线l上的定点，P是直线l外一
点.设 ＝a，则向量 在直线l上的投影向量 ＝（a·u）u.在
Rt△APQ中，由勾股定理，得点P到直线l的距离为PQ
＝ ＝ .
提醒：如果两条直线l，m互相平行，可在其中一条直线l上任取一点
P，将两条平行直线的距离转化为点P到直线m的距离求解.
【例1】（链接教材P34例6（1））如图，在四棱锥P-ABCD中，PB⊥平
面ABCD，PB＝AB＝2BC＝4，AB⊥BC，则点C到直线PA的距离为
（ ）
D. 4
√
解析： 如图，以B为坐标原点，BC，BA，BP所在
直线分别为x轴、y轴、z轴，建立空间直角坐标系.则B
（0，0，0），C（2，0，0），A（0，4，0），P（0，
0，4），故 ＝（2，0，－4）， ＝（0，4，－
4），所以 在 上的投影向量的长度d＝ ＝ ＝2 ，故点C到直线PA的距离h＝ ＝ ＝2 ，故选A.
【规律方法】
用向量法求点到直线的距离的一般步骤
（1）建立空间直角坐标系；
（2）求直线的单位方向向量u；
（3）计算所求点与直线上某一点所构成的向量a；
（4）利用公式d＝ 计算点到直线的距离.
训练1 （1）如图，在正三棱柱ABC-A1B1C1中，若BB1＝2 ，AB＝2，
则点C到直线AB1的距离为 ；
解析：设AC的中点为O，建立如图所示的空间直角坐标系，则A（1，0，
0），B1（0， ，2 ），C（－1，0，0）， ＝（－1， ，
2 ）， ＝（－2，0，0），所以点C到直线AB1的距离为
＝ ＝ .
解析：以D为原点，分别以 ， ， 的方向为x轴、y轴、z轴正方
向建立空间直角坐标系（图略）.易知FC1∥AE，∴直线FC1到直线AE的
距离等于点C1到直线AE的距离.易得C1（0，1，1），A（1，0，0），E
（0，0， ）.∴ ＝（1，－1，－1）， ＝（－1，0， ）.∴直线
AE的单位方向向量为v＝ ＝（－ ，0， ），设 ＝m，则点
C1到直线AE的距离为 ＝ .∴直线FC1到直线AE的距离
为 .
02
PART
知识点二
点到平面的距离
问题2 已知平面α的法向量为n，A是平面α内的定点，P是平面α外一
点，如何求平面α外一点P到平面α的距离？
提示：过点P作PQ⊥平面α，垂足为Q，则线段PQ的长度就是点到平面
α的距离，而 ∥n，所以向量 在法向量n方向上的投影向量 的长
度就等于线段PQ的长度，即PQ＝ .
【知识梳理】
点到平面的距离：如图，已知平面α的法向量为n，A是平面α内的定
点，P是平面α外一点.过点P作平面α的垂线l，交平面α于点Q，则n
是直线l的方向向量，且点P到平面α的距离就是 在直线l上的投影向
量 的长度.因此PQ＝ ｜ · ｜ ＝｜ ｜
＝ .
｜ · ｜
【例2】如图所示的多面体是由底面为ABCD的长方体被截面AEC1F所截
而得到的，其中AB＝4，BC＝2，CC1＝3，BE＝1.
（1）求｜ ｜；
解：以D为原点，DA，DC，DF所在直线分别为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（2，4，0），A（2，0，0），C（0，4，0），E（2，4，1），C1（0，4，3）， ＝（0，4，1）.
设F（0，0，a），由 ＝ ，得（－2，0，a）＝（－2，0，2），所
以a＝2，所以F（0，0，2）， ＝（－2，－4，2），所以｜ ｜＝
2 .
（2）求点C到平面AEC1F的距离.
解：设n＝（x，y，z）为平面AEC1F的法向量， ＝（－2，0，2），
由 得
取z＝1，则n＝（1，－ ，1），又 ＝（0，0，3），
所以点C到平面AEC1F的距离为d＝ ＝ .
【规律方法】
用向量法求点面距的步骤
（1）建系：建立恰当的空间直角坐标系；
（2）求点坐标：写出（求出）相关点的坐标；
（3）求向量：求出相关向量的坐标（ ，平面α的法向量n）；
（4）求距离d＝ .
训练2 如图所示，△BCD与△MCD都是边长为2的正三角形，平面MCD⊥平面BCD，AB⊥平面BCD，AB＝2 .则点A到平面MBC的距离为 .
解析：取CD的中点O，连接OB，OM，则OB⊥CD，OM⊥CD，又平面MCD⊥平面BCD，平面MCD∩平面BCD＝CD，所以MO⊥平面BCD. 以O为坐标原点，分别以直线OC，BO，OM为x轴，y轴，z轴建立空间直角坐标系Oxyz，如图所示.
因为△BCD与△MCD都是边长为2的正三角形，所以OB＝OM＝ ，则O（0，0，0），C（1，0，0），M（0，0， ），B（0，－ ，0），A（0，－ ，2 ），所以 ＝（1， ，0）， ＝（0， ， ）.设平面MBC的法向量为n＝（x，y，z），由 得 即 取x＝ ，可得平面MBC的一个法向量为n＝（ ，－1，1）.又 ＝（0，0，2 ），所以所求距离d＝ ＝ .
03
PART
知识点三
直线、平面到平面的距离
问题3 类比求平面内两条平行直线间距离的方法，你认为如何求直线与
平面或两个平行平面间的距离？
提示：在直线上或其中一个平面上取一定点，则该点到另一个平面的距离
即为直线与平面或两平行平面之间的距离.
【知识梳理】
1. 如果一条直线l与一个平面α平行，可在直线l上任取一点P，将线面距
离转化为 的距离求解.
2. 如果两个平面α，β互相平行，在其中一个平面α内任取一点P，可将
两个平行平面的距离转化为 的距离求解.
提醒：只有线面（面面）平行时，才有线面（面面）距.
点P到平面α
点P到平面β
【例3】（链接教材P34例6（2））如图，在直棱柱ABCD-A1B1C1D1中，
底面为直角梯形，AB∥CD且∠ADC＝90°，AD＝1，CD＝ ，BC＝
2，AA1＝2，E是CC1的中点，求直线A1B1到平面ABE的距离.
解：由直棱柱的性质得A1B1∥AB，又A1B1 平面ABE，
AB 平面ABE，
∴A1B1∥平面ABE，
∴A1B1到平面ABE的距离就是点A1到平面ABE的距离.
如图，以D为坐标原点，分别以DA，DC，DD1所在直
线为x轴、y轴、z轴建立空间直角坐标系Dxyz，则A1（1，0，2），A（1，0，0），E（0， ，1），C（0， ，0），过点C作AB的垂线交AB于点F，易得BF＝ ，
∴B（1，2 ，0），∴ ＝（0，2 ，0）， ＝（－1，－ ，1）.
设平面ABE的法向量为n＝（x，y，z）.
则 即
∴y＝0，x＝z，不妨取n＝（1，0，1）.
∵ ＝（0，0，2），
∴点A1到平面ABE的距离为d＝ ＝ ＝ .
∴直线A1B1到平面ABE的距离为 .
【规律方法】
求直线、平面到它的平行平面的距离，先在直线、平面上找到一点，然后
转化为求点到平面的距离，且这个点要适当选取，以求解最简便为准则.
训练3 如图所示，在直三棱柱ABC-A1B1C1中，∠ABC＝90°，BC＝
2，CC1＝4，点E在线段BB1上，且EB1＝1，D，F，G分别为CC1，
C1B1，C1A1的中点.
（1）求证：B1D⊥平面ABD；
解：证明：如图所示，由条件知，BA，BC，BB1两两互相垂
直，以B为坐标原点，BA，BC，BB1所在直线分别为x轴、
y轴、z轴建立空间直角坐标系Bxyz，
则B（0，0，0），D（0，2，2），B1（0，0，4），设BA
＝a，则A（a，0，0）.
∴ ＝（a，0，0）， ＝（0，2，2）， ＝（0，2，－2），
∴ · ＝0， · ＝0＋4－4＝0.
∴B1D⊥BA，B1D⊥BD，
又∵BD∩BA＝B，BD，BA 平面ABD，
∴B1D⊥平面ABD.
（2）求证：平面EGF∥平面ABD；
解：证明：由题意知E（0，0，3），G（ ，1，4），F（0，1，4）.
∴ ＝（ ，1，1）， ＝（0，1，1），
∴ · ＝0＋2－2＝0， · ＝0＋2－2＝0.
∴B1D⊥EG，B1D⊥EF，
又EG∩EF＝E，EG，EF 平面EGF，
∴B1D⊥平面EGF，
又平面EGF与平面ABD不重合，
结合（1）可知，平面EGF∥平面ABD.
（3）求平面EGF到平面ABD的距离.
解：由（1），（2）知， ＝（0，1，4），
＝（0，2，－2）是平面ABD的法向量，
∴点F到平面ABD的距离为d＝ ＝ ＝ .
由（2）知，平面EGF与平面ABD的距离等于点F到平面ABD的距离，
∴两平面间的距离为 .
异面直线间的距离
通过教材P49复习参考题17题，我们知道线段AA'的长度为异面直线a与b
的公垂线段的长度，也就是直线a与b间的距离.
【问题探究】
1. 你认为该如何定义异面直线间的距离？
提示：与两条异面直线都垂直相交的直线叫做这两条异面直线的公垂线，
异面直线的公垂线在两条异面直线上的垂足间的距离叫做这两条异面直线
间的距离.
①求出与a，b都垂直的向量n；
②在直线a，b上任意取点A，B，得到 ；
③套公式得d＝｜ ｜.
2. 通过教材P49复习参考题17题的解题过程，你能总结出求异面直线间距
离的一般方法吗？
提示：求异面直线间距离的一般步骤：
【迁移应用】
解析：以A为原点，AD，AB，AA1所在直线为坐标轴，建立空间直角坐标系，如图.
则M（3，2，0），N（0，4，1），A1（0，0，2），B（0，4，0），即 ＝（－3，2，1）， ＝（0，4，－2）.由题意可知MN与A1B为异面直线，设MN，A1B公垂线的方向向量为n＝（x，y，z），则有 令y＝1，则z＝2，x＝ ，即n＝（ ，1，2），｜n｜＝ .又 ＝（－3，－2，2）在n上的射影的长度为d＝ ＝ ＝ ＝ .即直线MN到直线A1B的距离为 .
1. 已知直线l过定点A（2，3，1），且n＝（0，1，1）为其一个方向向
量，则点P（4，3，2）到直线l的距离为（ ）
解析： ＝（－2，0，－1），｜ ｜＝ ， ＝ ，则点
P到直线l的距离d＝ ＝ ＝ .
√
2. 已知平面α的一个法向量为n＝（－2，－2，1），点A（－1，3，0）
在α内，则P（－2，1，4）到α的距离为（ ）
A. 10 B. 3
解析： ∵ ＝（－1，－2，4），∴P（－2，1，4）到α的距离为
＝ ＝ .
√
解析：因为AB∥平面α，所以直线AB到平面α的距离可转化为点A到平
面α的距离，易知 ＝（1，2，0），所以点A到平面α的距离为
＝ ＝ ，即直线AB到平面α的距离为 .
解析：因为两平行平面α，β分别经过坐标原点O和点A（1，2，3），
故 ＝（1，2，3），又两平面的一个法向量为n＝（－1，0，1），所以
两平面间的距离d＝ ＝ ＝ .
课堂小结
1.理清单
（1）点到直线的距离；
（2）点到平面的距离；
（3）直线到直线、直线到平面、平面到平面的距离.
2.应体会
利用空间向量求点到直线、点到平面的距离体现了数形结合思想，而线
面距、面面距转化为点到平面的距离，则体现了转化与化归的数学思想.
3.避易错
对距离公式理解不到位，在使用时生硬套用.
04
PART
课时作业
1. 若O为坐标原点， ＝（1，1，－2）， ＝（3，2，8）， ＝
（0，1，0），则线段AB的中点P到点C的距离为（ ）
解析： ∵ ＝ （ ＋ ）＝ （4，3，6）＝ ， ＝
（0，1，0），∴ ＝ － ＝ ，∴｜ ｜＝
＝ .
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√
2. 在长方体ABCD-A1B1C1D1中，AB＝BC＝a，AA1＝2a，则点D1到直
线AC的距离为（ ）
解析： 如图，建立空间直角坐标系，易得C（a，a，
0），D1（0，a，2a），取a＝ ＝（－a，0，2a），u
＝ ＝（ ， ，0），则点D1到直线AC的距离为
＝ ＝ a.
√
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3. 若三棱锥P-ABC的三条侧棱两两垂直，且满足PA＝PB＝PC＝1，则
点P到平面ABC的距离是（ ）
√
解析： 分别以PA，PB，PC所在直线为x轴，y轴，z轴
建立如图所示的空间直角坐标系，则A（1，0，0），B
（0，1，0），C（0，0，1）.可以求得平面ABC的一个法
向量为n＝（1，1，1），则d＝ ＝ .
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4. 在棱长为1的正方体ABCD-A1B1C1D1中，平面AB1C与平面A1C1D间的
距离是（ ）
√
解析： 以A为坐标原点，AB，AD，AA1所在直线分
别为x，y，z轴建立如图所示的空间直角坐标系，则A
（0，0，0），B1（1，0，1），C（1，1，0），D（0，
1，0），A1（0，0，1），C1（1，1，1）.
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设平面AB1C的法向量为m＝（x1，y1，z1）， ＝（1，0，1），
＝（1，1，0），由 取x1＝1，可得m＝（1，－1，－1）.设平面A1C1D的法向量为n＝（x2，y2，z2）， ＝（0，－1，1）， ＝（1，0，1），由 取x2＝1，可得n＝（1，－1，－1）.因为m＝n，平面AB1C与平面A1C1D不重合，故平面AB1C∥平面A1C1D， ＝（0，1，0），所以平面AB1C与平面A1C1D间的距离为d＝ ＝ ＝ .
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5. 如图，在棱长为1的正方体ABCD-A1B1C1D1中，E，F分别为BB1，
CC1的中点，G为线段DD1上的点，且DG＝ DD1，过E，F，G的平面
交AA1于点H，则直线A1D1到平面EFGH的距离为（ ）
√
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解析： 以点D为坐标原点，直线DA，DC，DD1分别
为x轴、y轴、z轴建立空间直角坐标系，如图所示.则E
（1，1， ），F（0，1， ），G（0，0， ），D1
（0，0，1），A1（1，0，1），∴ ＝（－1，0，0），
＝（0，－1，－ ）， ＝（－1，0，0），则 ＝ ，∴ ∥ .又∵EF 平面EFGH，A1D1 平面EFGH，∴A1D1∥平面EFGH.
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∴A1D1到平面EFGH的距离，即为点D1到平面EFGH的距离.设平面
EFGH的法向量为n＝（x，y，z），则 即 令z
＝6，则y＝－1，∴n＝（0，－1，6），又∵ ＝（0，1，－ ），∴
点D1到平面EFGH的距离d＝ ＝ ，∴直线A1D1到平面EFGH
的距离为 .
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6. 〔多选〕已知点M在z轴上，它与经过坐标原点且方向向量为s＝（1，
－1，1）的直线l的距离为 ，则点M的坐标是（ ）
A. （0，0，－3） B. （0，0，3）
解析： 设M（0，0，m），则 ＝（0，0，m），又直线l的方向
向量为s＝（1，－1，1），所以点M与直线l的距离d＝
＝ ＝ ，所以m＝±3，则M（0，
0，3）或M（0，0，－3）.故选A、B.
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7. 〔多选〕如图，四棱柱ABCD-A1B1C1D1的底面ABCD是正方形，O为
底面中心，A1O⊥平面ABCD，AB＝AA1＝ ，以O为原点，OB，
OC，OA1所在直线分别为x轴、y轴、z轴，建立空间直角坐标系，则下列
说法正确的是（ ）
B. 平面OBB1的一个法向量为n＝（0，1，－1）
C. A1C⊥平面OBB1
√
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解析：由题意得O（0，0，0），B（1，0，0），C（0，1，0），A（0，－1，0），A1（0，0，1），B1（1，1，1），所以 ＝（1，1，1），故A不正确； ＝（1，0，0），设平面OBB1的法向量为n＝（x，y，z），则 令y＝1，得n＝（0，1，－1），故B正确； ＝（0，1，－1）＝n，所以A1C⊥平面OBB1，故C正确；连接OA（图略）， ＝（0，－1，0），则点A到平面OBB1的距离d＝ ＝ ＝ ，故D正确，故选B、C、D.
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解析：以B为坐标原点，BA，BC所在直线分别为x轴、y轴
建立空间直角坐标系，如图，则B（0，0，0），A（2，0，
0），P（2，0，2），C（0，2，0），由M为PC的中点可
得M（1，1，1）， ＝（1，1，1）， ＝（2，0，0），
＝（2，0，2）.设n＝（x，y，z）为平面ABM的一个
法向量，则 即 令z＝－1，可得n＝（0，1，－1），点P到平面MAB的距离d＝ ＝ .
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9. 在直三棱柱ABC-A1B1C1中，∠ABC＝ ，D是棱AC的中点，且AB＝
BC＝BB1＝1，则直线AB1到平面BC1D的距离为 .
解析：以B为原点，BC，BA，BB1所在直线分别为x轴、y轴、z轴，建立如图所示的空间直角坐标系，则B（0，0，0），C1（1，0，1），D（ ， ，0），A（0，1，0），B1（0，0，1），所以 ＝（1，0，1）， ＝（ ， ，0）， ＝（0，－1，1）.
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设平面BC1D的法向量为n＝（x，y，z），则 即 令x＝1，则n＝（1，－1，－1）.因为 ·n＝0×1＋（－1）×（－1）＋1×（－1）＝0，所以 ⊥n，又AB1 平面BC1D，所以AB1∥平面BC1D，所以点A到平面BC1D的距离即为直线AB1到平面BC1D的距离.设直线AB1到平面BC1D的距离为d，因为 ＝（0，1，0），所以d＝ ＝ ＝ ，所以直线AB1到平面BC1D的距离为 .
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10. 如图，在棱长为1的正方体ABCD-A1B1C1D1中，E为线段DD1的中点，F为线段BB1的中点.
（1）求直线FC1到直线AE的距离；
解：建立如图所示的空间直角坐标系，
则B1（1，1，1），E（0，0， ），F（1，1， ），C1
（0，1，1），A（1，0，0）.
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因为 ＝（－1，0， ）， ＝（－1，0， ），
所以 ∥ ，即AE∥FC1，
所以点F到直线AE的距离即为直线FC1到直线AE的距离.
取u＝ ＝（－ ，0， ），又 ＝（0，1， ）.
所以 ＝ ， ·u＝ ，
所以直线FC1到直线AE的距离为 ＝ .
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（2）求直线FC1到平面AB1E的距离.
解：因为AE∥FC1，所以FC1∥平面AB1E，
所以直线FC1到平面AB1E的距离等于点C1到平面AB1E的距离.
＝（1，0，0）， ＝（0，1，1），设平面AB1E的
法向量为n＝（x，y，z），则 即
取z＝2，可得n＝（1，－2，2），
所以点C1到平面AB1E的距离为 ＝ ，
所以直线FC1到平面AB1E的距离为 .
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11. 在空间直角坐标系中，定义：平面α的一般方程为Ax＋By＋Cz＋D
＝0（A，B，C，D∈R，且A，B，C不同时为零），点P（x0，y0，
z0）到平面α的距离d＝ ，则在底面边长与高都为2
的正四棱锥P-EFGH中，底面中心O到侧面PEF的距离d＝（ ）
C. 2 D. 5
√
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解析： 以底面中心O为坐标原点，建立空间直角坐标系
Oxyz，如图，则O（0，0，0），E（1，1，0），F（－
1，1，0），P（0，0，2）.设平面PEF的方程为Ax＋By
＋Cz＋D＝0，将E，F，P三点的坐标代入计算得A＝0，
B＝－D，C＝－ D，所以方程可化为－Dy－ Dz＋D＝0，即2y＋z－2＝0，所以d＝ ＝ .
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12. 〔多选〕如图，在四棱锥P-ABCD中，侧面PAD是边长为4的正三角形，底面ABCD为正方形，侧面PAD⊥底面ABCD，则下列说法正确的有（ ）
A. AC⊥PB
√
解析： 取AD的中点为E，连接PE. 因为PA＝PD，所以PE⊥AD. 因为平面PAD⊥平面ABCD，平面PAD∩平面ABCD＝AD，所以PE⊥平面ABCD.
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以E为原点建立如图所示的空间直角坐标系，则A（2，0，0），B（2，4，0），C（－2，4，0），D（－2，0，0），P（0，0，2 ），所以 ＝（－4，4，0）， ＝（2，4，－2 ），所以 · ＝－8＋16＝8≠0，所以AC不垂直于PB，故A中说法错误； ＝（2，0，－2 ）， ＝（－2，4，－2 ），所以点C到直线PA的距离d1＝ ＝2 ，故B中说法正确； ＝（0，－4，0），设平面PCD的法向量为n＝（x，y，z），则 即 令z＝1，得x＝－ ，所以n＝（－ ，0，1），
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则点A到平面PDC的距离d2＝ ＝ ＝2 ，又 ＝ ，AB 平面PCD，DC 平面PCD，故AB∥平面PCD，所以直线AB到平面PDC的距离为2 ，故C中说法错误；设平面PBC的法向量为m＝（a，b，c），则 即 令c＝2，得b＝ ，所以m＝（0， ，2），所以点D到平面PBC的距离d3＝ ＝ ＝ ，故D中说法正确.
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13. 如图，已知正三棱柱ABC-A1B1C1的所有棱长均为1，则线段AB1上的
动点P到直线BC1的距离的最小值为 .
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解析：如图，在平面ABC内过点A作Ay⊥AB，显然射线AB，
Ay，AA1两两垂直，以点A为原点，射线AB，Ay，AA1所在
直线分别为x，y，z轴建立空间直角坐标系，因为正三棱柱
ABC-A1B1C1的所有棱长均为1，则A（0，0，0），B（1，
0，0），B1（1，0，1），C1（ ， ，1），所以 ＝（1，0，1）， ＝（－ ， ，1），因为动点P在线段AB1上，则令 ＝t ＝（t，0，t），0≤t≤1，即有点P（t，0，t），所以 ＝（t－1，0，t），则｜ ｜2＝（t－1）2＋t2＝2t2－2t＋1，从而 ＝ （t＋1），
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因此点P到直线BC1的距离d＝
＝
＝
＝ ≥ ，
当且仅当t＝ 时取等号，所以线段AB1上的动点P到直线BC1的距离的最
小值为 .
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14. 在直角梯形ABCD中，AD∥BC，BC＝2AD＝2AB＝2 ，∠ABC
＝90°，O为BD的中点，如图1.把△ABD沿BD翻折，使得平面ABD⊥平
面BCD，如图2.
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（1）求证：OA⊥CD；
解：证明：连接OA，在△ABD中，AB＝AD，且O为BD的中点，则OA⊥BD，因为平面ABD⊥平面BCD，平面ABD∩平面BCD＝BD，OA 平面ABD，所以OA⊥平面BCD，且CD 平面BCD，所以OA⊥CD.
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（2）若M为线段BC的中点，求点M到平面ACD的距离.
解：在直角梯形ABCD中，BC＝2AD＝2AB＝2 ，∠ABC＝90°，连接DM（图略），
则AD BM，所以四边形ABMD为平行四边形，
∠DMC＝90°，DM为△BDC的中垂线，所以BD＝CD＝2，则BD2＋
CD2＝BC2，所以CD⊥BD，
又因为O，M分别为BD，BC的中点，所以OM∥CD，所以OM⊥BD，
故以O为原点，OB，OM，OA所在直线分别为x轴、y轴、z轴，建立如
图所示的空间直角坐标系，
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则O（0，0，0），A（0，0，1），D（－1，0，0），M（0，1，0），
C（－1，2，0），
可得 ＝（－1，1，0）， ＝（0，2，0）， ＝（1，0，1），
设平面ACD的法向量为n＝（x，y，z），
由 令x＝1，则y＝0，z＝－1，可得n＝（1，0，－1），
则点M到平面ACD的距离d＝ ＝ ＝ .
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15. 如图，在三棱柱ABC-A1B1C1中，AA1C1C是边长为4的正方形，
AA1B1B为矩形，AB＝3，BC＝5.
（1）证明：AA1⊥平面ABC；
解：证明：因为AA1C1C是正方形，AA1B1B为矩形，
所以AA1⊥AB，AA1⊥AC，且AB，AC 平面ABC，AB∩AC
＝A，
所以AA1⊥平面ABC.
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（2）在线段BC上是否存在点P，使得点P到平面A1C1B的距离为2？若存
在，求BP的值；若不存在，请说明理由.
解：因为AB＝3，AC＝4，BC＝5，所以AB⊥AC，因此AB，AC，AA1两两垂直，所以建立空间直角坐标系如图，
则有B（0，3，0），C（4，0，0），A1（0，0，4），C1
（4，0，4），
所以 ＝（4，－3，0）， ＝（0，－3，4）， ＝
（4，－3，4），
设平面A1C1B的一个法向量为m＝（x，y，z），
则有
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即 令y＝4，则m＝（0，4，3），
假设在线段BC上存在点P，满足题设条件，设 ＝λ ，0≤λ≤1，则 ＝ ＋ ＝ ＋λ ＝（0，3，0）＋λ（4，－3，0）＝（4λ，3－3λ，0），
所以P（4λ，3－3λ，0）， ＝（4λ，－3λ，0），
所以点P到平面A1C1B的距离为d＝ ＝ ＝2，解得λ＝ ，满足题意，
故在线段BC上存在点P，使点P到平面A1C1B的距离为2，此时BP＝ BC＝ .
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THANKS
演示完毕 感谢观看
第一课时 用空间向量研究距离问题
1. 能用向量方法解决点到直线、点到平面、相互平行的直线、相互平行的平面间的距离问题（数学抽象、数学运算）.
2. 通过空间中距离问题的求解，体会向量方法在研究几何问题中的作用（数学运算、直观想象）.
课标要求
几何学中，经常需要计算两个图形间的距离.一个图形内任一点与另一个图形内任一点的距离中的最小值，通常叫做这两个图形的距离.空间中常见的距离有：两点间的距离、点到直线的距离、点到平面的距离、相互平行的直线之间的距离、相互平行的平面之间的距离等.计算距离是空间度量最基本的问题.如何用向量方法求解这些距离呢？这就是这节课我们要学习的内容.
情境导入
知识点一 点到直线的距离
01
知识点二 点到平面的距离
02
知识点三 直线、平面到平面的距离
03
课时作业
04
目录
01
PART
知识点一
点到直线的距离
问题1 （1）回忆一下，在平面中，若直线l的单位方向向量为u，A是直
线l上的定点，P是直线l外一点.如何求点P到直线l的距离？
提示：如图，设 ＝a，则向量 在直线l上的投影向量
＝（a·u）u.在Rt△APQ中，由勾股定理，得点P到直线l的
距离为PQ＝ ＝ .
（2）如果问题（1）中的点和直线是空间点和直线，上述距离公式还
成立吗？
提示：成立.
【知识梳理】
点到直线的距离：
如图，直线l的单位方向向量为u，A是直线l上的定点，P是直线l外一
点.设 ＝a，则向量 在直线l上的投影向量 ＝（a·u）u.在
Rt△APQ中，由勾股定理，得点P到直线l的距离为PQ
＝ ＝ .
提醒：如果两条直线l，m互相平行，可在其中一条直线l上任取一点
P，将两条平行直线的距离转化为点P到直线m的距离求解.
【例1】（链接教材P34例6（1））如图，在四棱锥P-ABCD中，PB⊥平
面ABCD，PB＝AB＝2BC＝4，AB⊥BC，则点C到直线PA的距离为
（ ）
D. 4
√
解析： 如图，以B为坐标原点，BC，BA，BP所在
直线分别为x轴、y轴、z轴，建立空间直角坐标系.则B
（0，0，0），C（2，0，0），A（0，4，0），P（0，
0，4），故 ＝（2，0，－4）， ＝（0，4，－
4），所以 在 上的投影向量的长度d＝ ＝ ＝2 ，故点C到直线PA的距离h＝ ＝ ＝2 ，故选A.
【规律方法】
用向量法求点到直线的距离的一般步骤
（1）建立空间直角坐标系；
（2）求直线的单位方向向量u；
（3）计算所求点与直线上某一点所构成的向量a；
（4）利用公式d＝ 计算点到直线的距离.
训练1 （1）如图，在正三棱柱ABC-A1B1C1中，若BB1＝2 ，AB＝2，
则点C到直线AB1的距离为 ；
解析：设AC的中点为O，建立如图所示的空间直角坐标系，则A（1，0，
0），B1（0， ，2 ），C（－1，0，0）， ＝（－1， ，
2 ）， ＝（－2，0，0），所以点C到直线AB1的距离为
＝ ＝ .
解析：以D为原点，分别以 ， ， 的方向为x轴、y轴、z轴正方
向建立空间直角坐标系（图略）.易知FC1∥AE，∴直线FC1到直线AE的
距离等于点C1到直线AE的距离.易得C1（0，1，1），A（1，0，0），E
（0，0， ）.∴ ＝（1，－1，－1）， ＝（－1，0， ）.∴直线
AE的单位方向向量为v＝ ＝（－ ，0， ），设 ＝m，则点
C1到直线AE的距离为 ＝ .∴直线FC1到直线AE的距离
为 .
02
PART
知识点二
点到平面的距离
问题2 已知平面α的法向量为n，A是平面α内的定点，P是平面α外一
点，如何求平面α外一点P到平面α的距离？
提示：过点P作PQ⊥平面α，垂足为Q，则线段PQ的长度就是点到平面
α的距离，而 ∥n，所以向量 在法向量n方向上的投影向量 的长
度就等于线段PQ的长度，即PQ＝ .
【知识梳理】
点到平面的距离：如图，已知平面α的法向量为n，A是平面α内的定
点，P是平面α外一点.过点P作平面α的垂线l，交平面α于点Q，则n
是直线l的方向向量，且点P到平面α的距离就是 在直线l上的投影向
量 的长度.因此PQ＝ ｜ · ｜ ＝｜ ｜
＝ .
｜ · ｜
【例2】如图所示的多面体是由底面为ABCD的长方体被截面AEC1F所截
而得到的，其中AB＝4，BC＝2，CC1＝3，BE＝1.
（1）求｜ ｜；
解：以D为原点，DA，DC，DF所在直线分别为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（2，4，0），A（2，0，0），C（0，4，0），E（2，4，1），C1（0，4，3）， ＝（0，4，1）.
设F（0，0，a），由 ＝ ，得（－2，0，a）＝（－2，0，2），所
以a＝2，所以F（0，0，2）， ＝（－2，－4，2），所以｜ ｜＝
2 .
（2）求点C到平面AEC1F的距离.
解：设n＝（x，y，z）为平面AEC1F的法向量， ＝（－2，0，2），
由 得
取z＝1，则n＝（1，－ ，1），又 ＝（0，0，3），
所以点C到平面AEC1F的距离为d＝ ＝ .
【规律方法】
用向量法求点面距的步骤
（1）建系：建立恰当的空间直角坐标系；
（2）求点坐标：写出（求出）相关点的坐标；
（3）求向量：求出相关向量的坐标（ ，平面α的法向量n）；
（4）求距离d＝ .
训练2 如图所示，△BCD与△MCD都是边长为2的正三角形，平面MCD⊥平面BCD，AB⊥平面BCD，AB＝2 .则点A到平面MBC的距离为 .
解析：取CD的中点O，连接OB，OM，则OB⊥CD，OM⊥CD，又平面MCD⊥平面BCD，平面MCD∩平面BCD＝CD，所以MO⊥平面BCD. 以O为坐标原点，分别以直线OC，BO，OM为x轴，y轴，z轴建立空间直角坐标系Oxyz，如图所示.
因为△BCD与△MCD都是边长为2的正三角形，所以OB＝OM＝ ，则O（0，0，0），C（1，0，0），M（0，0， ），B（0，－ ，0），A（0，－ ，2 ），所以 ＝（1， ，0）， ＝（0， ， ）.设平面MBC的法向量为n＝（x，y，z），由 得 即 取x＝ ，可得平面MBC的一个法向量为n＝（ ，－1，1）.又 ＝（0，0，2 ），所以所求距离d＝ ＝ .
03
PART
知识点三
直线、平面到平面的距离
问题3 类比求平面内两条平行直线间距离的方法，你认为如何求直线与
平面或两个平行平面间的距离？
提示：在直线上或其中一个平面上取一定点，则该点到另一个平面的距离
即为直线与平面或两平行平面之间的距离.
【知识梳理】
1. 如果一条直线l与一个平面α平行，可在直线l上任取一点P，将线面距
离转化为 的距离求解.
2. 如果两个平面α，β互相平行，在其中一个平面α内任取一点P，可将
两个平行平面的距离转化为 的距离求解.
提醒：只有线面（面面）平行时，才有线面（面面）距.
点P到平面α
点P到平面β
【例3】（链接教材P34例6（2））如图，在直棱柱ABCD-A1B1C1D1中，
底面为直角梯形，AB∥CD且∠ADC＝90°，AD＝1，CD＝ ，BC＝
2，AA1＝2，E是CC1的中点，求直线A1B1到平面ABE的距离.
解：由直棱柱的性质得A1B1∥AB，又A1B1 平面ABE，
AB 平面ABE，
∴A1B1∥平面ABE，
∴A1B1到平面ABE的距离就是点A1到平面ABE的距离.
如图，以D为坐标原点，分别以DA，DC，DD1所在直
线为x轴、y轴、z轴建立空间直角坐标系Dxyz，则A1（1，0，2），A（1，0，0），E（0， ，1），C（0， ，0），过点C作AB的垂线交AB于点F，易得BF＝ ，
∴B（1，2 ，0），∴ ＝（0，2 ，0）， ＝（－1，－ ，1）.
设平面ABE的法向量为n＝（x，y，z）.
则 即
∴y＝0，x＝z，不妨取n＝（1，0，1）.
∵ ＝（0，0，2），
∴点A1到平面ABE的距离为d＝ ＝ ＝ .
∴直线A1B1到平面ABE的距离为 .
【规律方法】
求直线、平面到它的平行平面的距离，先在直线、平面上找到一点，然后
转化为求点到平面的距离，且这个点要适当选取，以求解最简便为准则.
训练3 如图所示，在直三棱柱ABC-A1B1C1中，∠ABC＝90°，BC＝
2，CC1＝4，点E在线段BB1上，且EB1＝1，D，F，G分别为CC1，
C1B1，C1A1的中点.
（1）求证：B1D⊥平面ABD；
解：证明：如图所示，由条件知，BA，BC，BB1两两互相垂
直，以B为坐标原点，BA，BC，BB1所在直线分别为x轴、
y轴、z轴建立空间直角坐标系Bxyz，
则B（0，0，0），D（0，2，2），B1（0，0，4），设BA
＝a，则A（a，0，0）.
∴ ＝（a，0，0）， ＝（0，2，2）， ＝（0，2，－2），
∴ · ＝0， · ＝0＋4－4＝0.
∴B1D⊥BA，B1D⊥BD，
又∵BD∩BA＝B，BD，BA 平面ABD，
∴B1D⊥平面ABD.
（2）求证：平面EGF∥平面ABD；
解：证明：由题意知E（0，0，3），G（ ，1，4），F（0，1，4）.
∴ ＝（ ，1，1）， ＝（0，1，1），
∴ · ＝0＋2－2＝0， · ＝0＋2－2＝0.
∴B1D⊥EG，B1D⊥EF，
又EG∩EF＝E，EG，EF 平面EGF，
∴B1D⊥平面EGF，
又平面EGF与平面ABD不重合，
结合（1）可知，平面EGF∥平面ABD.
（3）求平面EGF到平面ABD的距离.
解：由（1），（2）知， ＝（0，1，4），
＝（0，2，－2）是平面ABD的法向量，
∴点F到平面ABD的距离为d＝ ＝ ＝ .
由（2）知，平面EGF与平面ABD的距离等于点F到平面ABD的距离，
∴两平面间的距离为 .
异面直线间的距离
通过教材P49复习参考题17题，我们知道线段AA'的长度为异面直线a与b
的公垂线段的长度，也就是直线a与b间的距离.
【问题探究】
1. 你认为该如何定义异面直线间的距离？
提示：与两条异面直线都垂直相交的直线叫做这两条异面直线的公垂线，
异面直线的公垂线在两条异面直线上的垂足间的距离叫做这两条异面直线
间的距离.
①求出与a，b都垂直的向量n；
②在直线a，b上任意取点A，B，得到 ；
③套公式得d＝｜ ｜.
2. 通过教材P49复习参考题17题的解题过程，你能总结出求异面直线间距
离的一般方法吗？
提示：求异面直线间距离的一般步骤：
【迁移应用】
解析：以A为原点，AD，AB，AA1所在直线为坐标轴，建立空间直角坐标系，如图.
则M（3，2，0），N（0，4，1），A1（0，0，2），B（0，4，0），即 ＝（－3，2，1）， ＝（0，4，－2）.由题意可知MN与A1B为异面直线，设MN，A1B公垂线的方向向量为n＝（x，y，z），则有 令y＝1，则z＝2，x＝ ，即n＝（ ，1，2），｜n｜＝ .又 ＝（－3，－2，2）在n上的射影的长度为d＝ ＝ ＝ ＝ .即直线MN到直线A1B的距离为 .
1. 已知直线l过定点A（2，3，1），且n＝（0，1，1）为其一个方向向
量，则点P（4，3，2）到直线l的距离为（ ）
解析： ＝（－2，0，－1），｜ ｜＝ ， ＝ ，则点
P到直线l的距离d＝ ＝ ＝ .
√
2. 已知平面α的一个法向量为n＝（－2，－2，1），点A（－1，3，0）
在α内，则P（－2，1，4）到α的距离为（ ）
A. 10 B. 3
解析： ∵ ＝（－1，－2，4），∴P（－2，1，4）到α的距离为
＝ ＝ .
√
解析：因为AB∥平面α，所以直线AB到平面α的距离可转化为点A到平
面α的距离，易知 ＝（1，2，0），所以点A到平面α的距离为
＝ ＝ ，即直线AB到平面α的距离为 .
解析：因为两平行平面α，β分别经过坐标原点O和点A（1，2，3），
故 ＝（1，2，3），又两平面的一个法向量为n＝（－1，0，1），所以
两平面间的距离d＝ ＝ ＝ .
课堂小结
1.理清单
（1）点到直线的距离；
（2）点到平面的距离；
（3）直线到直线、直线到平面、平面到平面的距离.
2.应体会
利用空间向量求点到直线、点到平面的距离体现了数形结合思想，而线
面距、面面距转化为点到平面的距离，则体现了转化与化归的数学思想.
3.避易错
对距离公式理解不到位，在使用时生硬套用.
04
PART
课时作业
1. 若O为坐标原点， ＝（1，1，－2）， ＝（3，2，8）， ＝
（0，1，0），则线段AB的中点P到点C的距离为（ ）
解析： ∵ ＝ （ ＋ ）＝ （4，3，6）＝ ， ＝
（0，1，0），∴ ＝ － ＝ ，∴｜ ｜＝
＝ .
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2. 在长方体ABCD-A1B1C1D1中，AB＝BC＝a，AA1＝2a，则点D1到直
线AC的距离为（ ）
解析： 如图，建立空间直角坐标系，易得C（a，a，
0），D1（0，a，2a），取a＝ ＝（－a，0，2a），u
＝ ＝（ ， ，0），则点D1到直线AC的距离为
＝ ＝ a.
√
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3. 若三棱锥P-ABC的三条侧棱两两垂直，且满足PA＝PB＝PC＝1，则
点P到平面ABC的距离是（ ）
√
解析： 分别以PA，PB，PC所在直线为x轴，y轴，z轴
建立如图所示的空间直角坐标系，则A（1，0，0），B
（0，1，0），C（0，0，1）.可以求得平面ABC的一个法
向量为n＝（1，1，1），则d＝ ＝ .
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4. 在棱长为1的正方体ABCD-A1B1C1D1中，平面AB1C与平面A1C1D间的
距离是（ ）
√
解析： 以A为坐标原点，AB，AD，AA1所在直线分
别为x，y，z轴建立如图所示的空间直角坐标系，则A
（0，0，0），B1（1，0，1），C（1，1，0），D（0，
1，0），A1（0，0，1），C1（1，1，1）.
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设平面AB1C的法向量为m＝（x1，y1，z1）， ＝（1，0，1），
＝（1，1，0），由 取x1＝1，可得m＝（1，－1，－1）.设平面A1C1D的法向量为n＝（x2，y2，z2）， ＝（0，－1，1）， ＝（1，0，1），由 取x2＝1，可得n＝（1，－1，－1）.因为m＝n，平面AB1C与平面A1C1D不重合，故平面AB1C∥平面A1C1D， ＝（0，1，0），所以平面AB1C与平面A1C1D间的距离为d＝ ＝ ＝ .
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5. 如图，在棱长为1的正方体ABCD-A1B1C1D1中，E，F分别为BB1，
CC1的中点，G为线段DD1上的点，且DG＝ DD1，过E，F，G的平面
交AA1于点H，则直线A1D1到平面EFGH的距离为（ ）
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解析： 以点D为坐标原点，直线DA，DC，DD1分别
为x轴、y轴、z轴建立空间直角坐标系，如图所示.则E
（1，1， ），F（0，1， ），G（0，0， ），D1
（0，0，1），A1（1，0，1），∴ ＝（－1，0，0），
＝（0，－1，－ ）， ＝（－1，0，0），则 ＝ ，∴ ∥ .又∵EF 平面EFGH，A1D1 平面EFGH，∴A1D1∥平面EFGH.
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∴A1D1到平面EFGH的距离，即为点D1到平面EFGH的距离.设平面
EFGH的法向量为n＝（x，y，z），则 即 令z
＝6，则y＝－1，∴n＝（0，－1，6），又∵ ＝（0，1，－ ），∴
点D1到平面EFGH的距离d＝ ＝ ，∴直线A1D1到平面EFGH
的距离为 .
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6. 〔多选〕已知点M在z轴上，它与经过坐标原点且方向向量为s＝（1，
－1，1）的直线l的距离为 ，则点M的坐标是（ ）
A. （0，0，－3） B. （0，0，3）
解析： 设M（0，0，m），则 ＝（0，0，m），又直线l的方向
向量为s＝（1，－1，1），所以点M与直线l的距离d＝
＝ ＝ ，所以m＝±3，则M（0，
0，3）或M（0，0，－3）.故选A、B.
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7. 〔多选〕如图，四棱柱ABCD-A1B1C1D1的底面ABCD是正方形，O为
底面中心，A1O⊥平面ABCD，AB＝AA1＝ ，以O为原点，OB，
OC，OA1所在直线分别为x轴、y轴、z轴，建立空间直角坐标系，则下列
说法正确的是（ ）
B. 平面OBB1的一个法向量为n＝（0，1，－1）
C. A1C⊥平面OBB1
√
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解析：由题意得O（0，0，0），B（1，0，0），C（0，1，0），A（0，－1，0），A1（0，0，1），B1（1，1，1），所以 ＝（1，1，1），故A不正确； ＝（1，0，0），设平面OBB1的法向量为n＝（x，y，z），则 令y＝1，得n＝（0，1，－1），故B正确； ＝（0，1，－1）＝n，所以A1C⊥平面OBB1，故C正确；连接OA（图略）， ＝（0，－1，0），则点A到平面OBB1的距离d＝ ＝ ＝ ，故D正确，故选B、C、D.
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解析：以B为坐标原点，BA，BC所在直线分别为x轴、y轴
建立空间直角坐标系，如图，则B（0，0，0），A（2，0，
0），P（2，0，2），C（0，2，0），由M为PC的中点可
得M（1，1，1）， ＝（1，1，1）， ＝（2，0，0），
＝（2，0，2）.设n＝（x，y，z）为平面ABM的一个
法向量，则 即 令z＝－1，可得n＝（0，1，－1），点P到平面MAB的距离d＝ ＝ .
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9. 在直三棱柱ABC-A1B1C1中，∠ABC＝ ，D是棱AC的中点，且AB＝
BC＝BB1＝1，则直线AB1到平面BC1D的距离为 .
解析：以B为原点，BC，BA，BB1所在直线分别为x轴、y轴、z轴，建立如图所示的空间直角坐标系，则B（0，0，0），C1（1，0，1），D（ ， ，0），A（0，1，0），B1（0，0，1），所以 ＝（1，0，1）， ＝（ ， ，0）， ＝（0，－1，1）.
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设平面BC1D的法向量为n＝（x，y，z），则 即 令x＝1，则n＝（1，－1，－1）.因为 ·n＝0×1＋（－1）×（－1）＋1×（－1）＝0，所以 ⊥n，又AB1 平面BC1D，所以AB1∥平面BC1D，所以点A到平面BC1D的距离即为直线AB1到平面BC1D的距离.设直线AB1到平面BC1D的距离为d，因为 ＝（0，1，0），所以d＝ ＝ ＝ ，所以直线AB1到平面BC1D的距离为 .
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10. 如图，在棱长为1的正方体ABCD-A1B1C1D1中，E为线段DD1的中点，F为线段BB1的中点.
（1）求直线FC1到直线AE的距离；
解：建立如图所示的空间直角坐标系，
则B1（1，1，1），E（0，0， ），F（1，1， ），C1
（0，1，1），A（1，0，0）.
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因为 ＝（－1，0， ）， ＝（－1，0， ），
所以 ∥ ，即AE∥FC1，
所以点F到直线AE的距离即为直线FC1到直线AE的距离.
取u＝ ＝（－ ，0， ），又 ＝（0，1， ）.
所以 ＝ ， ·u＝ ，
所以直线FC1到直线AE的距离为 ＝ .
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（2）求直线FC1到平面AB1E的距离.
解：因为AE∥FC1，所以FC1∥平面AB1E，
所以直线FC1到平面AB1E的距离等于点C1到平面AB1E的距离.
＝（1，0，0）， ＝（0，1，1），设平面AB1E的
法向量为n＝（x，y，z），则 即
取z＝2，可得n＝（1，－2，2），
所以点C1到平面AB1E的距离为 ＝ ，
所以直线FC1到平面AB1E的距离为 .
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11. 在空间直角坐标系中，定义：平面α的一般方程为Ax＋By＋Cz＋D
＝0（A，B，C，D∈R，且A，B，C不同时为零），点P（x0，y0，
z0）到平面α的距离d＝ ，则在底面边长与高都为2
的正四棱锥P-EFGH中，底面中心O到侧面PEF的距离d＝（ ）
C. 2 D. 5
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解析： 以底面中心O为坐标原点，建立空间直角坐标系
Oxyz，如图，则O（0，0，0），E（1，1，0），F（－
1，1，0），P（0，0，2）.设平面PEF的方程为Ax＋By
＋Cz＋D＝0，将E，F，P三点的坐标代入计算得A＝0，
B＝－D，C＝－ D，所以方程可化为－Dy－ Dz＋D＝0，即2y＋z－2＝0，所以d＝ ＝ .
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12. 〔多选〕如图，在四棱锥P-ABCD中，侧面PAD是边长为4的正三角形，底面ABCD为正方形，侧面PAD⊥底面ABCD，则下列说法正确的有（ ）
A. AC⊥PB
√
解析： 取AD的中点为E，连接PE. 因为PA＝PD，所以PE⊥AD. 因为平面PAD⊥平面ABCD，平面PAD∩平面ABCD＝AD，所以PE⊥平面ABCD.
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以E为原点建立如图所示的空间直角坐标系，则A（2，0，0），B（2，4，0），C（－2，4，0），D（－2，0，0），P（0，0，2 ），所以 ＝（－4，4，0）， ＝（2，4，－2 ），所以 · ＝－8＋16＝8≠0，所以AC不垂直于PB，故A中说法错误； ＝（2，0，－2 ）， ＝（－2，4，－2 ），所以点C到直线PA的距离d1＝ ＝2 ，故B中说法正确； ＝（0，－4，0），设平面PCD的法向量为n＝（x，y，z），则 即 令z＝1，得x＝－ ，所以n＝（－ ，0，1），
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则点A到平面PDC的距离d2＝ ＝ ＝2 ，又 ＝ ，AB 平面PCD，DC 平面PCD，故AB∥平面PCD，所以直线AB到平面PDC的距离为2 ，故C中说法错误；设平面PBC的法向量为m＝（a，b，c），则 即 令c＝2，得b＝ ，所以m＝（0， ，2），所以点D到平面PBC的距离d3＝ ＝ ＝ ，故D中说法正确.
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13. 如图，已知正三棱柱ABC-A1B1C1的所有棱长均为1，则线段AB1上的
动点P到直线BC1的距离的最小值为 .
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解析：如图，在平面ABC内过点A作Ay⊥AB，显然射线AB，
Ay，AA1两两垂直，以点A为原点，射线AB，Ay，AA1所在
直线分别为x，y，z轴建立空间直角坐标系，因为正三棱柱
ABC-A1B1C1的所有棱长均为1，则A（0，0，0），B（1，
0，0），B1（1，0，1），C1（ ， ，1），所以 ＝（1，0，1）， ＝（－ ， ，1），因为动点P在线段AB1上，则令 ＝t ＝（t，0，t），0≤t≤1，即有点P（t，0，t），所以 ＝（t－1，0，t），则｜ ｜2＝（t－1）2＋t2＝2t2－2t＋1，从而 ＝ （t＋1），
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因此点P到直线BC1的距离d＝
＝
＝
＝ ≥ ，
当且仅当t＝ 时取等号，所以线段AB1上的动点P到直线BC1的距离的最
小值为 .
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14. 在直角梯形ABCD中，AD∥BC，BC＝2AD＝2AB＝2 ，∠ABC
＝90°，O为BD的中点，如图1.把△ABD沿BD翻折，使得平面ABD⊥平
面BCD，如图2.
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（1）求证：OA⊥CD；
解：证明：连接OA，在△ABD中，AB＝AD，且O为BD的中点，则OA⊥BD，因为平面ABD⊥平面BCD，平面ABD∩平面BCD＝BD，OA 平面ABD，所以OA⊥平面BCD，且CD 平面BCD，所以OA⊥CD.
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（2）若M为线段BC的中点，求点M到平面ACD的距离.
解：在直角梯形ABCD中，BC＝2AD＝2AB＝2 ，∠ABC＝90°，连接DM（图略），
则AD BM，所以四边形ABMD为平行四边形，
∠DMC＝90°，DM为△BDC的中垂线，所以BD＝CD＝2，则BD2＋
CD2＝BC2，所以CD⊥BD，
又因为O，M分别为BD，BC的中点，所以OM∥CD，所以OM⊥BD，
故以O为原点，OB，OM，OA所在直线分别为x轴、y轴、z轴，建立如
图所示的空间直角坐标系，
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则O（0，0，0），A（0，0，1），D（－1，0，0），M（0，1，0），
C（－1，2，0），
可得 ＝（－1，1，0）， ＝（0，2，0）， ＝（1，0，1），
设平面ACD的法向量为n＝（x，y，z），
由 令x＝1，则y＝0，z＝－1，可得n＝（1，0，－1），
则点M到平面ACD的距离d＝ ＝ ＝ .
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15. 如图，在三棱柱ABC-A1B1C1中，AA1C1C是边长为4的正方形，
AA1B1B为矩形，AB＝3，BC＝5.
（1）证明：AA1⊥平面ABC；
解：证明：因为AA1C1C是正方形，AA1B1B为矩形，
所以AA1⊥AB，AA1⊥AC，且AB，AC 平面ABC，AB∩AC
＝A，
所以AA1⊥平面ABC.
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（2）在线段BC上是否存在点P，使得点P到平面A1C1B的距离为2？若存
在，求BP的值；若不存在，请说明理由.
解：因为AB＝3，AC＝4，BC＝5，所以AB⊥AC，因此AB，AC，AA1两两垂直，所以建立空间直角坐标系如图，
则有B（0，3，0），C（4，0，0），A1（0，0，4），C1
（4，0，4），
所以 ＝（4，－3，0）， ＝（0，－3，4）， ＝
（4，－3，4），
设平面A1C1B的一个法向量为m＝（x，y，z），
则有
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即 令y＝4，则m＝（0，4，3），
假设在线段BC上存在点P，满足题设条件，设 ＝λ ，0≤λ≤1，则 ＝ ＋ ＝ ＋λ ＝（0，3，0）＋λ（4，－3，0）＝（4λ，3－3λ，0），
所以P（4λ，3－3λ，0）， ＝（4λ，－3λ，0），
所以点P到平面A1C1B的距离为d＝ ＝ ＝2，解得λ＝ ，满足题意，
故在线段BC上存在点P，使点P到平面A1C1B的距离为2，此时BP＝ BC＝ .
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