内容正文:
第一章《空间向量与立体几何》章末综合测试
一、单项选择题(本大题共8小题,每小题5分,共40分.在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)
1. 已知向量,,且,那么实数的值为( )
A. B. C. D.
2. 已知直线l经过点,平面的一个法向量为,则( )
A. B.
C. D. l与相交,但不垂直
3. 已知,,,若不能构成空间的一个基底,则实数的值为( )
A. 0 B. C. 9 D.
4. 在正方体ABCD-A1B1C1D1中,E是C1D1的中点,则异面直线DE与AC所成角的余弦值为( )
A. B.
C. D.
5. 如图,在平行六面体中,,为的中点,则点到直线的距离为( )
A. B. C. D.
6. 如图,在棱长为1的正方体中,E为线段的中点,F为线段的中点.直线到平面的距离为( ).
A. B. C. D.
7. 如图,在三棱锥中,点为底面的重心,点是线段上靠近点的三等分点,过点的平面分别交棱,,于点,,,若,,,则( )
A. B. C. D.
8. 在四棱锥中,棱长为2的侧棱垂直底面边长为2的正方形,为棱的中点,过直线的平面分别与侧棱、相交于点、,当时,截面的面积为( )
A. B. 2 C. D. 3
二、多选题:本题共3小题,每小题6分,共18分. 在每小题给出的选项中,有多项符合题目要求.全部选对的得6分,部分选对的得部分分,有选错的得0分.
9. 在正三棱柱中,点P满足,其中,则( )
A. 棱 B. 平面
C. D.
10. 如图,在正四棱柱中,为四边形对角线的交点,点在线段上运动(不含端点),下列结论正确的是( )
A. 直线与直线所成角的余弦值为
B. 点到平面的距离为
C. 线段上存在点,使得平面
D. 正四棱柱外接球的表面积为
11. 如图,在正方体中,点P在线段上运动,则下列结论正确的是( )
A 直线平面
B. 三棱锥的体积为定值
C. 异面直线与所成角的取值范围是
D. 直线与平面所成角的正弦值的最大值为
三、填空题:本题共3小题,每小题5分,共15分.
12. 若,且,则实数______________.
13. 已知,,,若,,,四点共面,则______.
14. 如图所示,在棱长为1的正方体中,P,Q分别是线段,上的点,满足平面,则与平面所成角的范围是__________.
四、解答题:本题共5小题,共77分.解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤.
15. 已知空间三点.
(1)求以为邻边的平行四边形的面积;
(2)设,若四点共面,求的值.
16. 平行六面体中,底面是边长为2的正方形,侧棱,且,为中点,为中点,设,,.
(1)用向量,,表示向量;
(2)求线段的长度.
17. 如图,在底面为正三角形的三棱柱中,.
(1)求;
(2)求异面直线与所成角的正弦值.
18. 如图,在四棱锥中,平面,,,,,,为的中点.
(1)证明:;
(2)求二面角的平面角的余弦值.
19. 如图,为圆锥的顶点,是圆锥底面的圆心,为底面直径,为底面圆的内接正三角形,且的边长为,点在母线上,且,.
(1)求证:直线平面,并求三棱锥的体积:
(2)若点为线段上的动点,当直线与平面所成角的正弦值最大时,求此时点到平面的距离.
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第一章《空间向量与立体几何》章末综合测试
参考答案
选择题
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
答案
B
B
D
B
D
D
C
A
BD
AB
ABD
一、单项选择题(本大题共8小题,每小题5分,共40分.在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)
1. 已知向量,,且,那么实数的值为( )
A. B. C. D.
【详解】,,,解得:.
2. 已知直线l经过点,平面的一个法向量为,则( )
A. B.
C. D. l与相交,但不垂直
【详解】因为直线l经过点,
所以,又因为平面的一个法向量为,
且,所以平面的一个法向量与直线l的方向向量平行,
则.
3. 已知,,,若不能构成空间的一个基底,则实数的值为( )
A. 0 B. C. 9 D.
【详解】不能构成空间的一个基底,共面,则,其中,
则,
,解得.
4. 在正方体ABCD-A1B1C1D1中,E是C1D1的中点,则异面直线DE与AC所成角的余弦值为( )
A. B.
C. D.
【详解】设正方体棱长为1,以D为原点建立空间直角坐标系如图所示,
则D(0,0,0),E(0,,1),A(1,0,0),C(0,1,0),
所以=(0,,1),=(-1,1,0),
则,
则异面直线DE与AC所成角的余弦值为.
5. 如图,在平行六面体中,,为的中点,则点到直线的距离为( )
A. B. C. D.
【详解】设,
因为,
所以,
,,
因为,
所以,
因此,
所以点到直线的距离为.
6. 如图,在棱长为1的正方体中,E为线段的中点,F为线段的中点.直线到平面的距离为( ).
A. B. C. D.
【详解】平面,平面, 平面,
因此直线到平面的距离等于点到平面的距离,
如图,以点为坐标原点,所在的直线为轴,所在的直线为轴,所在的直线为轴,建立直角坐标系.
则
设平面的法向量为,则
,令,则
设点到平面的距离为,则
故直线到平面的距离为.
7. 如图,在三棱锥中,点为底面的重心,点是线段上靠近点的三等分点,过点的平面分别交棱,,于点,,,若,,,则( )
A. B. C. D.
【详解】由题意可知,
因为D,E,F,M四点共面,所以存在实数,使,
所以,
所以,
所以,
所以.
8. 在四棱锥中,棱长为2的侧棱垂直底面边长为2的正方形,为棱的中点,过直线的平面分别与侧棱、相交于点、,当时,截面的面积为( )
A. B. 2 C. D. 3
【详解】由题意,平面,四边形为正方形,
如图,建立空间直角坐标系D-xyz,
则,,,,,,,
设,,则,
又,,所以,则,
由题意,四点共面,所以,
所以,解得,
所以,,所以,
所以,即,
所以,
所以,
又,
所以,即,
所以,
所以,
所以截面的面积为.
二、多选题:本题共3小题,每小题6分,共18分. 在每小题给出的选项中,有多项符合题目要求.全部选对的得6分,部分选对的得部分分,有选错的得0分.
9. 在正三棱柱中,点P满足,其中,则( )
A. 棱 B. 平面
C. D.
【详解】由,
得共面,
又三个向量共起点,所以共面,
所以平面,故B正确;
则,
得,
得,
设得中点为,
则,所以,
因为,所以,
即在的中垂线上,故棱,故A错误;
则,
又,所以不平行,故C错误;
连接,则,
又平面,
所以平面,
又平面,
所以,故D正确.
10. 如图,在正四棱柱中,为四边形对角线的交点,点在线段上运动(不含端点),下列结论正确的是( )
A. 直线与直线所成角的余弦值为
B. 点到平面的距离为
C. 线段上存在点,使得平面
D. 正四棱柱外接球的表面积为
【详解】构建如下图示空间直角坐标系,则,
所以,则,
所以直线与直线所成角的余弦值为,A对;
由,则,若是面一个法向量,
故,令,则,而,
所以点到平面的距离,B对;
由且,则,显然不可能与平行,C错;
由正四棱柱的外接球半径为体对角线的一半,即为,故外接球的表面积为,D错.
11. 如图,在正方体中,点P在线段上运动,则下列结论正确的是( )
A 直线平面
B. 三棱锥的体积为定值
C. 异面直线与所成角的取值范围是
D. 直线与平面所成角的正弦值的最大值为
【详解】
对于A,连接,,,,
平面,,同理,,,直线平面,故A正确;
对于B,∥,平面,平面,∥平面,
点在线段上运动,点到平面的距离为定值,又的面积为定值,利用等体积法知三棱锥的体积为定值,故B正确;
对于C,∥,异面直线与所成的角即为与所成的角,
当点位于点时,与所成的角为,
当点位于的中点时,平面,,,此时,与所成的角为,
异面直线与所成角的取值范围是,故C错误;
对于D,以为原点,为轴,为轴,为轴,建立空间直角坐标系,设正方体的棱长为1,,
则,,,,,,
设平面的法向量,则,即,
令,得,所以,直线与平面所成角的正弦值为:
,
当时,直线与平面所成角的正弦值取得最大值,最大值为,故D正确.
三、填空题:本题共3小题,每小题5分,共15分.
12. 若,且,则实数______________.
【详解】,
,
,
,即,解得:.
13. 已知,,,若,,,四点共面,则______.
【详解】因为,,,且,,,四点共面,
所以,则,解得.
14. 如图所示,在棱长为1的正方体中,P,Q分别是线段,上的点,满足平面,则与平面所成角的范围是__________.
【详解】以为原点,为轴,为轴,为轴,建立空间直角坐标系,如图所示,
则,可得,
设平面的法向量为,则,
令,可得,所以,
易得不重合,设,其中,且,
所以,所以,,
因为平面,所以,可得,所以,,
因为平面,所以的一个法向量为,
设与平面所成的角为,
则,
当,可得,因为,所以
当,可得,因为,所以,
所以与平面所成的角的范围是为.
四、解答题:本题共5小题,共77分.解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤.
15. 已知空间三点.
(1)求以为邻边的平行四边形的面积;
(2)设,若四点共面,求的值.
【详解】(1)因为,
所以,,
,
.
.
(2),
四点共面,
存在唯一一对实数,使得,
,解得,
.
16. 平行六面体中,底面是边长为2的正方形,侧棱,且,为中点,为中点,设,,.
(1)用向量,,表示向量;
(2)求线段的长度.
【详解】(1)因为为中点,为中点, ,,,
所以
(2)因为平行六面体中,底面是边长为2的正方形,侧棱,且,
所以,,,
所以
所以,即线段PM长为
17. 如图,在底面为正三角形的三棱柱中,.
(1)求;
(2)求异面直线与所成角的正弦值.
【详解】(1)设.
,
因为,同理,
所以.
(2)由,得,
因为,
则,因此,
所以异面直线与所成角的正弦值为.
18. 如图,在四棱锥中,平面,,,,,,为的中点.
(1)证明:;
(2)求二面角的平面角的余弦值.
【详解】(1)在四边形中,,取中点,连接,
由,得,则四边形是平行四边形,又,
因此是矩形,即有,有,,
从而,即,而平面,平面,则,
又平面,于是平面,而平面,
所以.
(2)由(1)知两两垂直,以点为原点,直线分别为轴建立空间直角坐标系,
依题意,,,
设平面的一个法向量,则,令,得,
设平面的一个法向量,则,令,得,
因此,显然二面角的平面角为钝角,
所以二面角平面角的余弦值为.
19. 如图,为圆锥的顶点,是圆锥底面的圆心,为底面直径,为底面圆的内接正三角形,且的边长为,点在母线上,且,.
(1)求证:直线平面,并求三棱锥的体积:
(2)若点为线段上的动点,当直线与平面所成角的正弦值最大时,求此时点到平面的距离.
【详解】(1)设,连接,
为底面圆的内接正三角形,,为中点,
又,,;
,,,,
,∽,,;
平面,平面,平面平面,
平面平面,平面,平面,
又平面,,
平面,平面,平面;
为中点,,即,
又平面,平面,,,
,平面,平面,
,,,
又,平面,
.
(2),为中点,又,为中点,,
,,
以为坐标原点,正方向为轴,可建立如图所示空间直角坐标系,
则,,,,,,
,,,,,
设,;
设平面的法向量,
则,令,解得:,,,
设直线与平面所成角为,
,
令,则,,
,
,当,即时,,
,此时,
,
点到平面的距离.
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