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  • 2021-07-01 发布

2021高考数学一轮复习课后限时集训46空间向量的运算及应用理北师大版

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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).]‎ 7‎ ‎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∥ 7‎ ‎.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;‎ 7‎ ‎(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.‎ 7‎ 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,‎ 7‎ ‎∴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;‎ 7‎ ‎(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.‎ 7‎

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