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- 2021-07-01 发布
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课后限时集训46
空间向量的运算及应用
建议用时:45分钟
一、选择题
1.已知a=(2,3,-4),b=(-4,-3,-2),b=x-2a,则x等于( )
A.(0,3,-6) B.(0,6,-20)
C.(0,6,-6) D.(6,6,-6)
B [由b=x-2a,得x=4a+2b=(8,12,-16)+(-8,-6,-4)=(0,6,-20).]
2.若=λ+μ,则直线AB与平面CDE的位置关系是( )
A.相交 B.平行
C.在平面内 D.平行或在平面内
D [∵=λ+μ,∴,,共面.
则AB与平面CDE的位置关系是平行或在平面内.]
3.已知a=(-2,-3,1),b=(2,0,4),c=(-4,-6,2),则下列结论正确的是( )
A.a∥c,b∥c B.a∥b,a⊥c
C.a∥c,a⊥b D.以上都不对
C [∵c=(-4,-6,2)=2(-2,-3,1)=2a,∴a∥c,又a·b=-2×2+(-3)×0+1×4=0,∴a⊥b.]
4.如图所示,三棱锥OABC中,M,N分别是AB,OC的中点,设=a,=b,=c,用a,b,c表示,则=( )
A.(-a+b+c)
B.(a+b-c)
C.(a-b+c)
D.(-a-b+c)
B [=+=(-)+=-+(-)=+-=(a+b-c).]
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5.A,B,C,D是空间不共面的四点,且满足·=0,·=0,·=0,M为BC中点,则△AMD是( )
A.钝角三角形 B.锐角三角形
C.直角三角形 D.不确定
C [∵M为BC中点,∴=(+),
∴·=(+)·
=·+·=0.
∴AM⊥AD,△AMD为直角三角形.]
二、填空题
6.在空间直角坐标系中,A(1,1,-2),B(1,2,-3),C(-1,3,0),D(x,y,z)(x,y,z∈R),若A,B,C,D四点共面,则2x+y+z=________.
1 [∵A(1,1,-2),B(1,2,-3),C(-1,3,0),D(x,y,z)(x,y,z∈R),∴=(0,1,-1),=(-2,2,2),=(x-1,y-1,z+2).
∵A,B,C,D四点共面,∴存在实数λ,μ使得=λ+μ,即(x-1,y-1,z+2)=λ(0,1,-1)+μ(-2,2,2),
∴解得2x+y+z=1.]
7.在正方体ABCDA1B1C1D1中,M,N分别为棱AA1和BB1的中点,则sin〈,〉的值为________.
[如图建立空间直角坐标系Dxyz,设正方体棱长为2,则易得=(2,-2,1),=(2,2,-1),
∴cos〈,〉==-,∴sin〈,〉==.]
8.已知点P是平行四边形ABCD所在的平面外一点,如果=(2,-1,-4),=(4,2,0),=(-1,2,-1).对于结论:①AP⊥AB;②AP⊥AD;③是平面ABCD的法向量;④∥
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.其中正确的是________.
①②③ [∵·=0,·=0,
∴AB⊥AP,AD⊥AP,则①②正确.
又与不平行,
∴是平面ABCD的法向量,则③正确.
∵=-=(2,3,4),=(-1,2,-1),
∴与不平行,故④错误.]
三、解答题
9.已知空间中三点A(-2,0,2),B(-1,1,2),C(-3,0,4),设a=,b=.
(1)若|c|=3,且c∥,求向量c;
(2)求向量a与向量b的夹角的余弦值.
[解] (1)∵c∥,=(-3,0,4)-(-1,1,2)
=(-2,-1,2),
∴c=m=m(-2,-1,2)=(-2m,-m,2m),
∴|c|==3|m|=3,
∴m=±1.∴c=(-2,-1,2)或(2,1,-2).
(2)∵a=(1,1,0),b=(-1,0,2),
∴a·b=(1,1,0)·(-1,0,2)=-1,
又∵|a|==,
|b|==,
∴cos〈a,b〉===-,
故向量a与向量b的夹角的余弦值为-.
10.如图,在棱长为a的正方体OABCO1A1B1C1中,E,F分别是棱AB,BC上的动点,且AE=BF=x,其中0≤x≤a,以O为原点建立空间直角坐标系Oxyz.
(1)写出点E,F的坐标;
(2)求证:A1F⊥C1E;
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(3)若A1,E,F,C1四点共面,求证:=+.
[解] (1)E(a,x,0),F(a-x,a,0).
(2)证明:∵A1(a,0,a),C1(0,a,a),
∴=(-x,a,-a),=(a,x-a,-a),
∴·=-ax+a(x-a)+a2=0,
∴⊥,
∴A1F⊥C1E.
(3)证明:∵A1,E,F,C1四点共面,
∴,,共面.
选与为在平面A1C1E上的一组基向量,则存在唯一实数对(λ1,λ2),
使=λ1+λ2,
即(-x,a,-a)=λ1(-a,a,0)+λ2(0,x,-a)
=(-aλ1,aλ1+xλ2,-aλ2),
∴解得λ1=,λ2=1.
于是=+.
1.在空间四边形ABCD中,则·+·+·的值为( )
A.-1 B.0
C.1 D.2
B [法一:(直接法)如图,令=a,=b,=c, 则·+·+·
=·(-)+·(-)+·(-)
=a·(c-b)+b·(a-c)+c·(b-a)
=a·c-a·b+b·a-b·c+c·b-c·a=0.
法二:(特值法)在三棱锥ABCD中,不妨令其各棱长都相等,则正四面体的对棱互相垂直.
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所以·=0,·=0,·=0.
所以·+·+·=0.]
2.(2019·四川名校联考)如图所示,正方体ABCDA1B1C1D1的棱长为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( )
A.相交
B.平行
C.垂直
D.不能确定
B [∵正方体棱长为a,A1M=AN=,
∴=,=,
∴=++
=++
=(+)++=+.
又∵是平面B1BCC1的法向量,
且·=·=0,
∴⊥,
∴MN∥平面B1BCC1.故选B.]
3.△ABC的顶点分别为A(1,-1,2),B(5,-6,2),C(1,3,-1),则AC边上的高BD等于________.
5 [设=λ,D(x,y,z),
则(x-1,y+1,z-2)=λ(0,4,-3),
∴x=1,y=4λ-1,z=2-3λ,
∴D(1,4λ-1,2-3λ),
∴=(-4,4λ+5,-3λ),
∵·=0,
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∴4(4λ+5)-3(-3λ)=0,
解得λ=-,∴=,
∴||==5.]
4.如图所示,在平行四边形ABCD中,AB=AC=CD=1,∠ACD=90°,把△ADC沿对角线AC折起,使AB与CD成60°角,求BD的长.
[解] ∵AB与CD成60°角,
∴〈,〉=60°或120°.
又∵AB=AC=CD=1,AC⊥CD,AC⊥AB,
∴||==
=
=
=,
∴||=2或.∴BD的长为2或.
1.已知O(0,0,0),A(1,2,1),B(2,1,2),P(1,1,2),点Q在直线OP上运动,当·取最小值时,点Q的坐标是________.
(1,1,2) [由题意,设=λ,则=(λ,λ,2λ),即Q(λ,λ,2λ),则=(1-λ,2-λ,1-2λ),=(2-λ,1-λ,2-2λ),∴·=(1-λ)(2-λ)+(2-λ)(1-λ)+(1-2λ)(2-2λ)=6λ2-12λ+6=6(λ-1)2,当λ=1时取最小值,此时Q点坐标为(1,1,2).]
2.如图所示,四棱锥SABCD的底面是正方形,每条侧棱的长都是底面边长的倍,点P为侧棱SD上的点.
(1)求证:AC⊥SD;
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(2)若SD⊥平面PAC,则侧棱SC上是否存在一点E,使得BE∥平面PAC,若存在,求SE∶EC的值;若不存在,试说明理由.
[解] (1)证明:连接BD,设AC交BD于点O,则AC⊥BD.连接SO,由题意知SO⊥平面ABCD.以O为坐标原点,,,所在直线分别为x轴,y轴,z轴,建立空间直角坐标系,如图.
底面边长为a,则高SO=a,
于是S,
D,B,C,
=,
=,
则·=0.故OC⊥SD.从而AC⊥SD.
(2)棱SC上存在一点E,使BE∥平面PAC.
理由如下:由已知条件知是平面PAC的一个法向量,且=,=,=.
设=t,则=+=+t=,
而·=0⇒t=.
即当SE∶EC=2∶1时,BE⊥DS.
而BE平面PAC,
故BE∥平面PAC.
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