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《1.4.1用空间向量研究直线、平面的位置关系》(第1课时)练案
1.(2022·湖北高二月考)已知平面内有两点,,平面的一个法向量为,则( )
A.4 B.3 C.2 D.1
【答案】C
【解析】因为,,所以,
因为平面的一个法向量为,所以,
则,解得,故选C.
2.(2022·乐清市知临中学高二期末)已知平面α的一个法向量是,,则下列向量可作为平面β的一个法向量的是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】平面α的一个法向量是,,设平面的法向量为,则,对比四个选项可知,只有D符合要求,故选D.
3.(2022·北京高二期末)已知直线的方向向量为,平面的法向量为,则“”是“∥”的( )
A.充分不必要条件 B.必要不充分条件
C.充要条件 D.既不充分也不必要条件
【答案】B
【解析】,,,即,不一定有∥,也可能
“”是“∥”的不充分条件,∥,可以推出,“”是“∥”是必要条件,综上所述, “”是“∥”必要不充分条件.故选B.
4.已知正方体,分别写出对角面和平面的一个法向量.
【解析】如图建立空间直角坐标系,设正方体的棱长为,则、、、、,所以,,,设面的法向量为,所以,令,则,,所以,即平面的一个法向量为,设平面的法向量为,则,令,则,,所以,所以平面的一个法向量为.
5.如图,在正方体中,点M,N分别在线段,上,且,,P为棱的中点.求证:.
【证明】.
因为,,
所以,,.
又因为P为中点,所以,
从而与为共线向量.因为直线MN与BP不重合,所以.
6.四边形为正方形,平面,,.求证:平面.
【证明】如图所示,以为坐标原点,线段的长为单位长度,为x轴的正方向建立如图所示的空间直角坐标系,可得,
则,所以时平面的一个法向量,
又因为,且,即且平面,
所以平面.
7.如图,在四棱锥O﹣ABCD中,OA⊥底面ABCD,且底面ABCD是边长为2的正方形,且OA=2,M,N分别为OA,BC的中点.求证:直线MN∥平面OCD;
【证明】
分别以AB、AD、AO为x、y、z轴,建立如图坐标系
可得B(2,0,0),C(2,2,0),D(0,2,0),
O(0,0,2),M(0,0,1),N(2,1,0)
∴(2,1,﹣1),(0,﹣2,2),
(2,0,0),(2,0,0),(0,1,0)
设平面OCD的法向量为(x,y,z),
由,得
取y=1,得z=1,x=0,所以平面OCD的法向量为(0,1,1),
∴•2×0+1×1+(﹣1)×1=0,可得⊥
又∵MN⊄平面OCD,
∴直线MN∥平面OCD.
8.如图,已知在正方体ABCD-A1B1C1D1中,M,N,P分别是AD1,BD,B1C的中点,利用向量法证明:
(1)MN∥平面CC1D1D;
(2)平面MNP∥平面CC1D1D.
【证明】(1)以D为坐标原点,,,的方向
分别为x,y,z轴的正方向,建立空间直角坐标系,
设正方体的棱长为2,则A(2,0,0),C(0,2,0),
D(0,0,0),M(1,0,1),N(1,1,0),P(1,2,1).
由正方体的性质,知AD⊥平面CC1D1D,
所以=(2,0,0)为平面CC1D1D的一个法向量.
由于=(0,1,-1),
则=0×2+1×0+(-1)×0=0,
所以⊥.
又MN⊄平面CC1D1D,
所以MN∥平面CC1D1D.
(2)因为=(2,0,0)为平面CC1D1D的一个法向量,
由于=(0,2,0),=(0,1,-1),
则,
即=(2,0,0)也是平面MNP的一个法向量,
所以平面MNP∥平面CC1D1D.
9.(2022·浙江高二月考)如图,在棱长为2的正方体中,点分别是棱的中点,P是侧面内一点,若平行于平面,则线段长度的最小值为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】以为原点,为轴,为轴,为轴,建立空间直角坐标系,
,,
设平面的法向量,则,取,得,
设,则。∵平行于平面,
∴,整理得,
∴线段长度,当且仅当时,线段长度取最小值.故选B.
10.如图,已知矩形ABCD和矩形ADEF所在平面相交于AD,点M,N分别在对角线BD,AE上,且,.求证:平面CDE.
【证明】因为M在BD上,且,
所以.同理.
又,所以,
.
又与不共线,所以,,共面.
因为MN不在平面CDE内,所以平面CDE.
11.如图,在正方体中,点是线段的中点,点是线段上的点,若平面,试确定点的位置,并说明理由.
【解析】设,因为平面,所以存在实数,,使得.①
又
,②
比较①②,可知,即,
即点是线段的中点.
12.如图,在四棱锥P-ABCD中,PC⊥平面ABCD,PC=2,在四边形ABCD中,∠B=