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  • 2021-06-15 发布

【数学】2021届一轮复习人教A版立体几何中的向量方法第课时证明空间位置关系作业

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第1课时 证明空间位置关系 ‎1.若直线l的一个方向向量为a=(2,5,7),平面α的一个法向量为u=(1,1,-1),则(  )‎ A.l∥α或l⊂α       B.l⊥α C.l⊂α D.l与α斜交 解析:A [由条件知a·u=2×1+5×1+7×(-1)=0,所以a⊥u,故l∥α或l⊂α.故选A.]‎ ‎2.设平面α的法向量为(1,2,-2),平面β的法向量为(-2,-4,k),若α⊥β,则k等于(  )‎ A.2 B.-4‎ C.-5 D.-2‎ 解析:C [因为α⊥β,所以1×(-2)+2×(-4)+(-2)×k=0,所以k=-5.]‎ ‎3.已知A(1,0,0),B(0,1,0),C(0,0,1),则平面ABC的一个单位法向量是(  )‎ A. B. C. D. 解析:D [因为A(1,0,0),B(0,1,0),C(0,0,1),所以=(-1,1,0),=(-1,0,1).‎ 经验证,当n=时,‎ n·=-+0=0,n·=+0-=0,故选D.]‎ ‎4.如图,在长方体ABCD-A1B‎1C1D1中,AB=2,AA1=,AD=2,P为C1D1的中点,M为BC的中点.则AM与PM的位置关系为(  )‎ A.平行 B.异面 C.垂直 D.以上都不对 解析:C [以D点为原点,分别以DA,DC,DD1所在直线为x,y,z轴,建立如图所示的空间直角坐标系D-xyz,依题意,可得,D(0,0,0),P(0,1,),C(0,2,0),A(2,0,0),M(,2,0).‎ ‎∴=(,2,0)-(0,1,)=(,1,-),=(,2,0)-(2,0,0)=(-,2,0),∴·=(,1,-)·(-,2,0)=0,即⊥,∴AM⊥PM.故选C项.]‎ ‎5.在正方体ABCD-A1B‎1C1D1中,E,F分别在A1D,AC上,且A1E=A1D,AF=AC,则(  )‎ A.EF至多与A1D,AC之一垂直 B.EF⊥A1D,EF⊥AC C.EF与BD1相交 D.EF与BD1异面 解析:B [以D点为坐标原点,以DA,DC,DD1所在直线分别为x,y,z轴建立空间直角坐标系,设正方体棱长为1,则A1(1,0,1),D(0,0,0),A(1,0,0),C(0,1,0),E,F,B(1,1,0),D1(0,0,1),=(-1,0,-1),=(-1,1,0),‎ =,=(-1,-1,1),=-,·=·=0,从而EF∥BD1,EF⊥A1D,EF⊥AC.故选B.]‎ ‎6.在空间直角坐标系中,点P(1,,),过点P作平面yOz的垂线PQ,则垂足Q的坐标为________.‎ 解析:由题意知,点Q即为点P在平面yOz内的射影,‎ 所以垂足Q的坐标为(0,,).‎ 答案:(0,,)‎ ‎7.(2019·武汉市调研)已知平面α内的三点A(0,0,1),B(0,1,0),C(1,0,0),平面β的一个法向量n=(-1,-1,-1),则不重合的两个平面α与β的位置关系是________________________________________________________________________.‎ 解析:设平面α的法向量为m=(x,y,z),‎ 由m·=0,得x·0+y-z=0⇒y=z,‎ 由m·=0,得x-z=0⇒x=z,取x=1,‎ ‎∴m=(1,1,1),m=-n,∴m∥n,∴α∥β.‎ 答案:α∥β ‎8.如图,在正方体ABCD-A1B‎1C1D1中,棱长为a,M、N分别为A1B和AC上的点,A‎1M=AN=,则MN与平面BB‎1C1C的位置关系是________.‎ 解析:∵正方体棱长为a,A‎1M=AN=,‎ ‎∴=,=,‎ ‎∴=++=++ ‎=(+)++(+)‎ ‎=+.‎ 又∵是平面B1BCC1的法向量,‎ ‎∴·=·=0,‎ ‎∴⊥.又∵MN⊄平面B1BCC1,∴MN∥平面B1BCC1.‎ 答案:平行 ‎9.如图,在多面体ABC-A1B‎1C1中,四边形A1ABB1是正方形,AB=AC,BC=AB,B‎1C1‎ ‎瘙綊BC,二面角A1-AB-C是直二面角.求证:‎ ‎(1)A1B1⊥平面AA‎1C;‎ ‎(2)AB1∥平面A‎1C1C.‎ 证明:∵二面角A1-AB-C是直二面角,四边形A1ABB1为正方形,∴AA1⊥平面BAC.‎ 又∵AB=AC,BC=AB,‎ ‎∴∠CAB=90°,即CA⊥AB,‎ ‎∴AB,AC,AA1两两互相垂直.‎ 建立如图所示的空间直角坐标系Axyz,‎ 设AB=2,则A(0,0,0),B1(0,2,2),A1(0,0,2),C(2,0,0),C1(1,1,2).‎ ‎(1)=(0,2,0),=(0,0,-2),=(2,0,0),‎ 设平面AA‎1C的一个法向量n=(x,y,z),‎ 则即即 取y=1,则n=(0,1,0).‎ ‎∴=2n,即∥n.∴A1B1⊥平面AA‎1C.‎ ‎(2)易知=(0,2,2),=(1,1,0),=(2,0,-2),设平面A‎1C1C的一个法向量m=(x1,y1,z1),‎ 则即 令x1=1,则y1=-1,z1=1,即m=(1,-1,1).‎ ‎∴·m=0×1+2×(-1)+2×1=0,∴⊥m.‎ 又AB1⊄平面A‎1C1C,∴AB1∥平面A‎1C1C.‎ ‎10.如图所示,在四棱锥P-ABCD中,PC⊥平面ABCD,PC=2,在四边形ABCD中,∠B ‎=∠C=90°,AB=4,CD=1,点M在PB上,PB=4PM,PB与平面ABCD成30°的角.求证:‎ ‎(1)CM∥平面PAD;‎ ‎(2)平面PAB⊥平面PAD.‎ 证明:(1)以C为坐标原点,CB为x轴,CD为y轴,CP为z轴建立如图所示的空间直角坐标系C-xyz.‎ ‎∵PC⊥平面ABCD,‎ ‎∴∠PBC为PB与平面ABCD所成的角,‎ ‎∴∠PBC=30°,‎ ‎∵PC=2,∴BC=2,PB=4,‎ ‎∴D(0,1,0),B(2,0,0),A(2,4,0),P(0,0,2),‎ M,‎ ‎∴=(0,-1,2),=(2,3,0),‎ =.‎ ‎(1)设n=(x,y,z)为平面PAD的一个法向量,‎ 由即 令y=2,得n=(-,2,1).‎ ‎∴n·=-×+2×0+1×=0,‎ ‎∴n⊥.又CM⊄平面PAD,‎ ‎∴CM∥平面PAD.‎ ‎(2)如(1)中图,取AP的中点E,连接BE,‎ 则E(,2,1),=(-,2,1).‎ ‎∵PB=AB,∴BE⊥PA.‎ 又∵·=(-,2,1)·(2,3,0)=0,‎ ‎∴⊥,∴BE⊥DA.‎ 又PA∩DA=A,∴BE⊥平面PAD.‎ 又∵BE⊂平面PAB,‎ ‎∴平面PAB⊥平面PAD.‎