第三章 空间向量与立体几何 B卷·素养提升卷-【创新教程】2025-2026学年高中数学选择性必修第一册五维课堂单元双测卷(北师大版2019)

2025-10-08
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内容正文:

∵E 为AB 的中点,F 为PC 的中点, ∴E(a,0,0),F(a,b,c), ∵EF→=(0,b,c),AP→=(0,0,2c),AD→=(0,2b,0), ∴EF→=12AP →+12AD →,∴EF→,AP→,AD→共面. (2)∵CD→=(-2a,0,0),EF→=(0,b,c), ∴CD→􀅰EF→=(-2a,0,0)􀅰(0,b,c)=0. ∴CD→⊥EF→,∴CD⊥EF. 18.解:(1)由题意可知C(0,0,0),A1(1,0,2),B1(0,1,2) 故CA1 →=(1,0,2),CB1 →=(0,1,2) 设v=(x0,y0,z0)为平面A1B1C的法向量, 则v􀅰CA1 →=x0+2z0=0,v􀅰CB1 →=y0+2z0=0, 即 x0=-2z0 y0=-2z0{ ,令z0=1,则v=(-2,-2,1). (2)设直线AC与平面A1B1C夹角为θ,而CA →=(1,0,0), 所以直线AC与平面A1B1C夹角为θ,其正弦值 sinθ=|CA →􀅰v| |CA→||v| =| (1,0,0)􀅰(-2,-2,1)| 1× 22+22+12 =23 即直线AC与平面A1B1C间的正弦值为 2 3. 19.解:(1)由题意(AB →􀅰AD →)􀅰AP → =2×2×1+4×2×4 +(-1)×(-1)×0-2×0×2-4×(-1)×1-(-1) ×2×4=48. AP →􀅰AB → =-1×2+2×(-1)+1×4=0,AP →􀅰AD → =-1×4+2×2+1×0=0, ∴AP → ⊥AB →,AP → ⊥AD →,即AP⊥AB,AP⊥AD.AB, AD 是平面ABCD 内两相交直线, ∴AP⊥平面ABCD. (2)由题意 AB → 2 =21,AD → 2 =20,AB →􀅰AD → =2× 4+(-1)×2+4×0=6, SABCD=|AB||AD|sin∠BAD = AB → 2 AD → 2 -(AB →􀅰AD →)2= 21×20-62= 8 6,AP → = 6,∴VP-ABCD= 1 3SABCD|PA|= 1 3 ×8 6× 6=16. ∴ (AB →􀅰AD →)􀅰AP → =3VP-ABCD, 猜想:(AB →􀅰AD →)􀅰AP → 的绝对值表示以AB,AD, AP 为邻边的平行六面体的体积. 第三章 空间向量与立体几何(B卷) 选择题答案速查 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 A B B D D D D D BD ABCABC 1.A [AB → +BC → +CC1 → -D1C1 → =AC → +CC1 → +C1D1 → = AC1 → +C1D1 → =AD1 → .] 2.B [在四面体ABCD 中,点F 在AD 上,且 AF=2FD,E 为 BC 中点, 所以EF→ =EB→ +BA→ +AF→ = 1 2 AB →-AC→( )-AB→+23AD →= -12AC →-12AB →+23AD →, 即EF→=-12AC →-12AB →+23AD →.] 3.B [建立如图所示的直角坐 标系,则A1(1,0,0), C1(0,1,0),D(0,0,1), A(1,0,1),所以DA1 →=(1,0, -1),DC1 →=(0,1,-1), AD→=(-1,0,0), 设平面 A1C1D 的 一 个 法 向 量 m = (x,y,1), 则 m⊥DA1 → m⊥DC1 →{ , 即 m􀅰DA1 →=x-1=0 m􀅰DC1 →=y-1=0{ ,解得 x=1 y=1{ ,故m=(1,1,1), 显然平面AB1C∥平面A1C1D,所以平面AB1C 与平 面A1C1D 之间的距离d= |AD→􀅰m| |m| = 1 3 = 33. ] 4.D [设OM→=λOC→,即OM→=λOC→=(λ,λ,2λ), 故 M(λ,λ,2λ), MA→􀅰MB→=(OA→-OM→)􀅰(OB→-OM→)=(1-λ,2-λ, 3-2λ)􀅰(2-λ,1-λ,2-2λ)=6λ2-16λ+10= 6λ-43( ) 2 -23 ,当λ=43 时,向量数量积有最小值, 此时 M 43 ,4 3 ,8 3( ).] 5.D [以D 点为坐标原点,以DA、DC、DD1 所在的直线 为x轴、y轴、z轴,建立空间直角坐标系则A(2,0,0), B(2,2,0),C(0,2,0),C1(0,2,1) ∴BC1 →=(-2,0,1),AC→=(-2,2,0),且AC→为平面 BB1D1D 的一个法向量. ∴cos‹BC1 →,AC→›= 4 5􀅰 8 = 105 . ∴BC1 与平面BB1D1D 所成角的正弦值为 10 5 . ] 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 041 数学(BS)􀅰选择性必修第一册 6.D [以D 为原点,DA 为x 轴,DC 为y 轴,DD1 为z 轴,建立空间直角坐标系, 则 M(2,λ,2),D1(0,0,2),E(2,0,1),F(2,2,1), ED1 →=(-2,0,1),EF→=(0,2,0), EM→=(0,λ,1), 设平面 D1EF 的 法 向 量n=(x, y,z),则 n􀅰ED1 →=-2x+z=0, n􀅰EF→=2y=0,{ 取x=1,得n=(1,0,2), ∴点 M 到平面D1EF 的距离为:d= |EM→􀅰n| |n| = 2 5 = 2 5 5 ,N 为EM 中点,所以 N 到该面的距离 为 55 , 选 D.] 7.D [如图所示,以点D 为坐 标原点,DA、DC、DD1 所在 直线分别为x、y、z轴建立 空间直角坐标系D-xyz, 则点B1(2,2,2)、D1(0,0, 2)、E(1,2,0),设点P(x, y,0)(0≤x≤2,0≤y≤2), D1E →=(1,2,-2),B1P →= (x-2,y-2,-2), ∵D1E⊥B1P,∴B1P →􀅰D1E →=x-2+2(y-2)+4= x+2y-2=0,得x=2-2y, 由 0≤x≤2 0≤y≤2{ ,得 0≤2-2y≤2 0≤y≤2{ ,得0≤y≤1, ∴|B1P →|= (x-2)2+(y-2)2+4 = 5y2-4y+8, ∵0≤y≤1,当y=1时,|B1P →|取得最大值3.] 8.D [如图,在平面ABFE 中,过F 作FG∥AE 交AB 于G,连接CG,则∠CFG 或其补角为异面直线AE 与 CF 所成的角.设EF=1,则AB=3,AD=2.因为EF ∥AB,AE∥FG,所以四边形 AEFG 为平行四边形, 所以FG=AE=AD=2,AG=1,BG=2,又AB⊥BC, 所以GC= BG2+BC2=2 2,又CF=BC=2,所以 CG2=GF2+CF2,所以∠CFG=π2. 9.BD [根据空间向量数量积的定义及性质,可知a􀅰b 和c􀅰a是实数,而c与b不共线,故(a􀅰b)c与(c􀅰a) b一定不相等,故 A错误; 因为[(b􀅰a)c-(c􀅰a)b]􀅰c=(b􀅰a)c2-(c􀅰a)(b 􀅰c),所以当a⊥b,且a⊥c或b⊥c时,[(b􀅰a)c-(c 􀅰a)b]􀅰c=0,即(b􀅰a)c-(c􀅰a)b与c垂直,故C错 误;由向量两两不共线,可得 B正确;由运算律可得 D 正确.] 10.ABC [对于 A,∵AD→=13AC →+23AB →,3AD→=AC→ +2AB→,∴2BD→=DC→,∴3BD→=BD→+DC→,即3BD→ =BC→,故 A正确;对于 B,若Q 为△ABC 的重心,则 QA→+QB→+QC→=0,∴3PQ→+QA→+QB→+QC→=3PQ→, ∴3PQ→=PA→+PB→+PC→,即PQ→=13PA →+13PB →+ 1 3PC →,故B正确;对于C,若PA→􀅰BC→=0,PC→􀅰AB→=0, 则PA→􀅰BC→=PC→􀅰AB→,∴PA→􀅰BC→+PC→􀅰AB→=0, ∴PA→􀅰BC→+PC→􀅰(AC→+CB→)=0 ∴(PA→-PC→)􀅰BC→+PC→􀅰AC→=0, ∴CA→􀅰BC→+PC→􀅰AC→=0 ∴AC→􀅰CB→+PC→􀅰AC→=0,∴AC→􀅰(CB→+PC→)=0, ∴AC→􀅰PB→=0故C正确; 对于 D,∵MN→=PN→-PM→=12 (PB→+PC→)-12PA → =12 (PB→+PC→-PA→). ∴|MN→|=12|PA →-PB→-PC→|, ∵|PA→-PB→-PC→|=                                              PA→ 2 +PB→ 2 +PC→ 2 -2PA→􀅰PB→-2PA→􀅰PC→+2PB→􀅰PC→ = 22+22+22-2×2×2×12-2×2×2× 1 2+2×2×2× 1 2 = 22+22+22-2×2×2×12-2×2×2× 1 2+2×2×2× 1 2 =22,∴|MN→|=2,故 D错误.] 11.ABC [对于 A,因为在正方体ABCD-A1B1C1D1 中,B1C⊥BC1,B1C⊥C1D1, 又BC1∩C1D1=C1,BC1,C1D1⊂平面ABC1D1, 所以B1C⊥平面ABC1D1, 而C1P⊂平面ABC1D1,所以B1C⊥C1P, 故这两个异面直线所成的角为定值90°,所以 A 正 确;对于B,因为平面BPC1 与平面ABC1D1 是同一 平面,DC∥AB,AB⊂ 平 面 ABC1D1,CD⊄ 平 面 ABC1D1,故CD∥平面ABC1D1,即CD∥平面BPC1, 故B正确; 对于C,三棱锥DGBPC1 的体积等于三棱锥PGDBC1 的体积,而平面DBC1 为固定平面,且∠DBC1 大小 一定,又因为P∈AD1,因为AD1∥BC1,AD1⊄平面 BDC1,BC1⊂平面BDC1,所以AD1∥平面DBC1,所 以点A 到平面DBC1 的距离即为点P 到该平面的距 离,为定值,所以三棱锥DGBPC1 的体积为定值,故C 正确; 对于 D,由线面夹角的定义,令BC1 与B1C 的交点 为O,所以B1C⊥平面ABC1D1, 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 141 参考答案 可得∠CPO 即为直线CP 与平面ABC1D1 所成的 角,当P 移动时这个角是变化的,故 D错误.] 12.解析:令B1C1 中点为G,以E 为 原点,EA,EC,EG 为x,y,z 轴 建立空间直角坐标系,如图. E(0,0,0),F(32 ,1 2 ,2), B(0,-1,0),D(0,t,2)(-1≤t≤1) EF→=(32 ,1 2 ,2),BD→=(0,t+1,2), cosθ= EF →􀅰BD→ |EF→||BD→| = (t+1) 2 +4 5􀅰 (t+1)2+4 = 104 解得t=1,所以BD=2 2. 答案:2 2 13.解析:取BC 的中点O,连接AO, DO,建立如图所示的空间直角坐 标系. 设BC=1,则A 0,0,32 æ è ç ö ø ÷, B 0,-12 ,0( ),D 32,0,0 æ è ç ö ø ÷. 所 以 OA→ = 0,0,32 æ è ç ö ø ÷,BA→ = 0,12 ,3 2 æ è ç ö ø ÷,BD→= 3 2 ,1 2 ,0 æ è ç ö ø ÷ 则OA→= 0,0,32 æ è ç ö ø ÷为平面BCD 的一个法向量. 设平面ABD 的法向量为n=(x,y,z), 则 n􀅰BA→=0 n􀅰BD→=0{ ,所以 1 2y+ 3 2z=0 3 2x+ 1 2y=0 ì î í ï ï ïï , 取x=1,则n=(1,- 3,1), 所以cos‹n,OA→›= n􀅰OA → |n|􀅰|OA→| = 3 2 5× 34 = 55. 即平面ABD 与平面BDC 夹角的余弦值为 55. 答案:5 5 14.解析:平面α的方程为x+2y-2z+1=0,可得平面α 的法向量为n=(1,2,-2),平面x-y+3=0的法向 量为m1=(1,-1,0),x-2z-1=0的法向量为m2 =(1,0,-2), 设直 线 l 的 方 向 向 量 为 m = (x,y,z),则 m􀅰m1=0, m􀅰m2=0,{ 即 x-y=0, x-2z=0,{ 令z=1则取m=(2,2,1), 设直线l与平面α所成角θ,0°≤θ≤90°, 则sinθ=|cos‹m,n›|= 4 9× 9 =49 ,cosθ= 659 . 答案:(2,2,1)  659 15.解:(1)设 AC∩BD=O,以 O 为原点,OB 所在直线为x 轴,OC 所在直线为y 轴,过 O 且与平面ABCD 垂直 的 直线为z 轴,建立空间直角 坐标系,如图所示. 易知z轴在平面BDEF 内, 且BF∥DE∥z轴,则C(0, 3,0)、D(-1,0,0)、E(-1, 0,2)、M(1,0,1),∴DE→=(0,0,2),DC→=(1,3,0), DM→=(2,0,1), 设平面DEC的一个法向量n=(x,y,z), 则 n􀅰DE→=2z=0 n􀅰DC→=x+3y=0{ ,取x=3,得n=(3,-1,0) ∴M 到 平 面DEC 的 距 离h=|DM →􀅰n| |n| = 2 3 3+1 = 3, 又S△DEC= 1 2×DE×DC= 1 2×2×2=2 , 因此,三棱锥 MGCDE 的体积VM-CDE= 1 3×S△DEC ×h=13×2× 3= 2 3 3 ; (2)证明:由(1)易知A(0,- 3,0), 则AC→=(0,2 3,0),AE→=(-1,3,2), ∵AC→􀅰DM→=0×2+2 3×0+0×1=0,AE→􀅰DM→= -1×2+ 3×0+2×1=0 ∴DM⊥AC,DM⊥AE,∵AC∩AE=A, ∴DM⊥平面ACE. 16.解:作AP⊥CD 于点P,如图, 分别以AB,AP,AO 所在直线 为x,y,z轴建立坐标系 A(0,0,0),B(1,0,0),P(0, 2 2 ,0),D(- 22 ,2 2 ,0),O(0, 0,2),M(0,0,1),N(1- 24 , 2 4 ,0), (1)证明:MN→=(1- 24 ,2 4 ,-1),OP→=(0,22 ,-2), OD→=(- 22 ,2 2 ,-2) 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 241 数学(BS)􀅰选择性必修第一册 设平面OCD 的法向量为n=(x,y,z), 则 n􀅰OP→=0, n􀅰OD→=0,{ 即 2 2y-2z=0 - 22x+ 2 2y-2z=0 ì î í ï ï ï ï , 取z=2,解得n=(0,4,2) ∵MN→􀅰n=(1- 24 ,2 4 ,-1)􀅰(0,4,2)=0,又MN ⊄平面OCD,∴MN∥平面OCD (2)设 AB 与 MD 所成的角为θ,∵AB→=(1,0,0), MD→=(- 22 ,2 2 ,-1), ∴cosθ= |AB →􀅰MD→| |AB→|􀅰|MD→| =12 ,∴θ=π3 , ∴AB 与MD 所成角的大小为π3. (3)设点B 到平面OCD 的距离为d,则d为OB→在向 量n=(0,4,2)上的投影的绝对值, 由OB→=(1,0,-2),得d=|OB →􀅰n| |n| = 2 3. 所以点B 到平面OCD 的距离为23. 17.解:(1)证 明:BB1⊥ 平 面 ABCD,AC⊂平面ABCD, ∴AC⊥BB1. 又∵AC⊥BD,且BB1∩BD =B,BD,BB1⊂平面BB1D, ∴AC⊥平面BB1D. 又∵AC⊂平面ACD1, ∴平面ACD1⊥平面BB1D. (2)易知AB、AD、AA1 两两垂直, 以A 为坐标原点,AB、AD、AA1 所在直线分别为 x轴、y轴、z轴.建立如图的空间直角坐标系, 设AB=t,则相关各点的坐标为A(0,0,0),B(t,0, 0),B1(t,0,4),C(t,1,0),C1(t,1,4),D(0,4,0), D1(0,4,4). 从而AC→=(t,1,0),BD→=(-t,4,0). ∵AC⊥BD,∴AC→􀅰BD→=-t2+4+0=0,解之得 t=2或t=-2(舍去). AD1 →=(0,4,4),AC→=(2,1,0) 设n1=(x,y,z)是平面ACD1 的一个法向量, 则 n1􀅰AC →=0 n1􀅰AD1 →=0{ ,即 2x+y=0 4y+4z=0{ ,令x=1,则n1= (1,-2,2). 同理可求面ACB1 的法向量为n2=(-2,4,1). ∴cosθ= n1 􀅰n2 |n1|􀅰|n2| = -2-8+2 3􀅰 21 =8 2163 . 又∵二面角B1GACGD1 是锐二面角, ∴二面角B1GACGD1 的余弦值为 8 21 63 . 18.解:(1)证明:连接B1A,由已知得,B1C1∥BC∥AD, 且B1C1=AM= 1 2BC 所以四边形AB1C1M 是平行四边形,即C1M∥B1A, 又C1M⊄平面AA1B1B,B1A⊂平面AA1B1B, 所以C1M∥平面AA1B1B (2)取BC 中点Q,连接 AQ 因为ABCD 是菱形,且 ∠ABC=60°,所以△ABC是正三角形, 所以AQ⊥BC即AQ⊥AD, 由于ABC是正三角形 所以,分别以AQ,AD,AA1 为x 轴,y轴,z轴,建立 空间直角坐标系,如图 A(0,0,0),A1(0,0,1),D1(0,1,1),Q(3,0,0) 假设点E存在,设点E的坐标为(3,λ,0),-1≤λ≤1, AE→=(3,λ,0),AD1 →=(0,1,1) 设平面AD1E 的法向量n=(x,y,z) 则 n􀅰AE→=0 n􀅰AD1 →=0{ ,即 3x+λy=0 y+z=0{ ,可取n=(λ,-3,3) 平面ADD1 的法向量为AQ →=(3,0,0) 所以,|cos‹AQ→,n›|= 3|λ| 3 λ2+6 =13 ,解得:λ=± 32 又由于二面角EGAD1GD 大小为锐角,由图可知,点 E 在线段QC 上, 所以λ= 32 ,即CE=1- 32 19.解:(1)集合 M={(x,y,z)|z=0}表示xOy 平面上 所有的点,P={(x,y,z)||x|≤1,|y|≤1,|z|≤1} 表示(±1,±1,±1)这八个顶点形成的正方体内所 有的点,而P∩M 可以看成正方体在xOy 平面上的 截面内所有的点.可知它是边长为2的正方形,因此 S1=4.对于Q={(x,y,z)||x|+|y|+|z|≤2},当 x,y,z>0时,x+y+z=2表示经过(2,0,0),(0,2, 0),(0,0,2)的平面在第一象限的部分. 由对称性可知Q 表示(±2,0,0),(0,±2,0),(0,0, ±2),这六个顶点形成的正八面体内所有的点. 而Q∩M 可以看成正八面体在xOy 平面上的截面内 所有的点.它是边长为2 2的正方形,因此S2=8. (2)记集合Q,P∩Q 中所有点构成的几何体的体积 分别为V1,V2;对于集合Q 的子集Q′={(x,y,z)|x +y+z≤2,x≥0,y≥0,z≥0};即为三个坐标平面与 x+y+z=2围成的四面体. 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 341 参考答案 四面体四个顶点分别为(0,0,0),(2,0,0),(0,2,0), (0,0,2),此 四 面 体 的 体 积 为 VQ′ = 1 3 ×2× 1 2×2×2( )= 4 3 , 由对称性知,V1=8VQ′= 32 3 对于P 的子集P′构成的几何体为棱长为1的正方 体,即P′={(x,y,z)|0≤x≤1,0≤y≤1,0≤z≤1}, Q′={(x,y,z)|x+y+z≤2,x≥0,y≥0,z≥0}, 显然P′∩Q′为两个几何体公共部分, 记Q1(1,1,0),Q2(1,0,1),Q3(0,1,1),Q4(1,1,1). 容易验证Q1,Q2,Q3 在平面x+y+z=2上,同时也 在P′的底面上. 则P′∩Q′为截去三棱锥Q4GQ1Q2Q3 所剩下的部分. P′的体积VP′=1×1×1=1,三棱锥Q4GQ1Q2Q3 的 体积为VQ4GQ1Q2Q3= 1 3×1× 1 2× (1×1)=16. 故P′∩Q′的体积VP′∩Q′=VP′-VQ4GQ1Q2Q3=1- 1 6 =56. 当由对称性知,V2=8VP′∩Q′= 20 3. 期中模拟测试卷(A卷) 选择题答案速查 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 A C A D D D B D BD ACD BC 1.A [因为直线x-3y+a=0的倾斜角为θ,θ∈[0,π). 直线化为y= 33x+ 3 3a ,则斜率k=tanθ= 33 , ∴θ=30°.] 2.C [a􀅰b=(-2,-3,1)􀅰(2,0,4)=-4+4=0,所 以a⊥b,a=(-2,-3,1),c=(-4,-6,2),c=2a,所 以a∥c,b􀅰c=(2,0,4)􀅰(-4,-6,2)=-8+8=0, 所以b⊥c.] 3.A [设双曲线的右顶点(a,0),双曲线的渐近线y= b ax ,即bx-ay=0,依题意得|ba-0| b2+a2 =a2 ,即3b2= a2,所 以 离 心 率e= ca = c2 a2 = a 2+b2 a2 = 4b 2 3b2 =2 33 . ] 4.D  [因为直线l与直线x+2y-3=0垂直,所以 tanθ􀅰 -12( )=-1,tanθ=2. 又θ为直线倾斜角,解得sinθ=2 55 . ] 5.D [∵点E 是A′C′的中点,点F 是AE 的三等分点, 且AF=12EF ,∴AF→=13AE →=13 (AA′→+A′E→)= 1 3 AA′ →+12A′C′ →( )=13AA′ →+16A′C′ → = 13AA′ → + 16 (A′B′→ +A′D′→)= 13AA′ → + 16AB → +16AD →.] 6.D [如图,由双曲线第一定义 得|PF1|-|PF2|=2a①, 又由三角形三边关系可得|PA| +|PF2|≥|AF2|②(当点P 为 与AF2 与双曲线的交点时取到 等号),①+②得:|PF1|+|PA|≥2a+|AF2|,故 |PF1|+|PA|)min=2a+|AF2| 由双曲线为等轴双曲线,且焦距为8可得c=4,a2=b2 =8,则a=2 2,F2(4,0),|AF2|= 22+(2 3)2=4 则(|PF1|+|PA|)min=2a+|AF2|=4 2+4.] 7.B [化简圆 M:x2+(y-a)2=a2⇒M(0,a),r1=a⇒ M 到直线x+y=0的距离d=a 2 ⇒ a 2 æ è ç ö ø ÷ 2 +2=a2⇒ a=2⇒M(0,2),r1=2, 又N(1,1),r2=1⇒|MN|= 2⇒|r1-r2|<|MN|< |r1+r2|⇒两圆相交.] 8.D [连结AF1,则AF1⊥AF2, 并且∠AF2F1=30°, ∴|AF1|=c,|AF2|= 3c, ∵|AF2|-|AF1|=2a,即(3 -1)c=2a, ∴ca = 2 3-1 = 3+1.] 9.BD [取 BD 的 中 点O,连 接 AO,CO,则AO⊥BD,∵正方形 ABCD 沿对角线BD 折成直二 面角,故平面ABD⊥BCD平面, 而平 面 ABD ∩ 平 面 BCD = BD,AO⊂平面ABD,故AO⊥ 平面BCD.∴以O 为原点,OC 所在直线为x 轴,OD 所在直线为y 轴,OA 所在直线 为z轴,建立如图所示的空间直角坐标系, 设OC=1,则A(0,0,1),B(0,-1,0),C(1,0,0),D(0,1,0), ∴BA→=(0,1,1),AD→=(0,1,-1),BC→=(1,1,0), AC→=(1,0,-1),BD→=(0,2,0).∵cos‹AD→,BC→›= AD→􀅰BC→ |AD→||BD→| = 1 2× 2 =12 ,因为‹AD→,BC→›∈[0,π], 故‹AD→,BC→›=π3 ,∴异面直线AD 与BC 所成的角为 60°,故A错误;∵AC→􀅰BD→=0,∴AC⊥BD,故B正确;设 平 面 ACD 的 法 向 量 为 t = (x,y,z),则 t􀅰AC→=x-z=0, t􀅰AD→=y-z=0,{ 取z=1,得x=1,y=1,∴t=(1,1,1), 设BC与面ACD所成角为θ,则sinθ=|cos‹BC→,t›|= |BC→􀅰t| |BC→|􀅰|t| = 2 2× 3 = 63 ,故 C错误;易知平面BCD 的一个法向量为n=(0,0,1),设平面ABC 的法向量 为m=(x′,y′,z′),则 m􀅰BA→=y′+z′=0, m􀅰BC→=x′+y′=0,{ 取x′=1 得y′=-1,z′=1∴m=(1,-1,1),设两个平面的夹 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 441 数学(BS)􀅰选择性必修第一册 请 在 各 题 目 的 答 题 区 域 内 作 答 , 超 出 边 框 的 答 案 无 效 第三章 空间向量与立体几何􀅰B卷 数学答题卡 选择题(1-8小题,每小题5分,9-11小题,每小题6分,共58分) 1 A B C D 4 A B C D 7 A B C D 10 A B C D 􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 2 A B C D 5 A B C D 8 A B C D 11 A B C D 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 3 A B C D 6 A B C D 9 A B C D 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋 非选择题 (需用0.5毫米黑色签字笔书写) 填空题(每小题5分,共15分) 12.         13.         14.                  解答题(共77分) 15.(13分) 请在各题目的答题区域内作答,超出边框的答案无效 卷 􀅰章三第 )页4共( 页1第 卡题答学数 请在各题目的答题区域内作答,超出边框的答案无效 16.(15分) 17.(15分) 请在各题目的答题区域内作答,超出边框的答案无效  请 在 各 题 目 的 答 题 区 域 内 作 答 , 超 出 边 框 的 答 案 无 效 卷 􀅰章三第 )页4共( 页2第 卡题答学数 考生 必填 姓名    座号 考生务必将姓名、座号用0.5毫米黑色签字笔认真填写在书写框内,座 号的每个书写框只能填写一个阿拉伯数字.填写样例:若座号02,则填 写为02 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 请在各题目的答题区域内作答,超出边框的答案无效 请 在 各 题 目 的 答 题 区 域 内 作 答 , 超 出 边 框 的 答 案 无 效 18.(17分) 请在各题目的答题区域内作答,超出边框的答案无效 卷 􀅰章三第 )页4共( 页3第 卡题答学数 请在各题目的答题区域内作答,超出边框的答案无效 19.(17分) 请在各题目的答题区域内作答,超出边框的答案无效  请 在 各 题 目 的 答 题 区 域 内 作 答 , 超 出 边 框 的 答 案 无 效 卷 􀅰章三第 )页4共( 页4第 卡题答学数      第三章 空间向量与立体几何        B卷﹒素养提升卷 一、选择题:本题共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.在长方体ABCDGA1B1C1D1 中,AB → +BC → +CC1 → -D1C1 → 等于 (  ) A.AD1 → B.AC1 → C.AD → D.AB → 2.在四面体 ABCD 中,点F 在AD 上,且 AF=2FD,E 为BC 中点,则EF → 等于 (  ) A.EF → =AC → +12AB → -23AD → B.EF → =-12AC → -12AB → +23AD → C.EF → =12AC → -12AB → +23AD → D.EF → =-12AC → +12AB → -23AD → 3.在棱长为1的正方体ABCDGA1B1C1D1 中, 则平面AB1C与平面A1C1D之间的距离为 (  ) A.36 B. 3 3 C. 2 3 3 D. 3 2 4.已知OA → =(1,2,3),OB → =(2,1,2),OC → = (1,1,2),点M 在直线OC上运动.当MA →􀅰 MB → 取最小值时,点M 的坐标为 (  ) A.(2,2,4) B.(23 ,2 3 ,4 3 ) C.(53 ,5 3 ,10 3 ) D.(43 ,4 3 ,8 3 ) 5.如图,在长方体ABG CDGA1B1C1D1 中, AB=BC=2,AA1= 1,则 BC1 与 平 面 BB1D1D 所 成 角 的 正弦值为 (  ) A.63 B. 2 6 5 C. 15 5 D. 10 5 6.在棱长为2的正方体 ABCDGA1B1C1D1 中, E,F 分别为棱AA1、 BB1 的中点,M 为棱 A1B1 上 的 一 点,且 A1M=λ(0<λ<2), 设点 N 为 ME 的 中 点,则点N 到平面D1EF的距离为 (  ) A.3λ B.22 C. 2 3λ D. 5 5 7.如图,在边长为2的正 方 体 ABCDGA1B1C1D1 中,E 为BC 的中点,点 P 在 底 面 ABCD 上 移 动,且满足B1P⊥D1E, 则线段 B1P 的长 度 的 最大值为 (  ) A.4 55 B.2 C.2 2 D.3 8.«九章算术»是古代中国乃至东方的第一 部自成体系的数学专著,书中记载了一 种名为“刍甍”的五面体(如图),其中四 边形ABCD 为矩形,EF∥AB,若AB= 3EF,△ADE 和△BCF 都是正三角形, 且AD=2EF,则异面直线AE 与CF 所 成角的大小为 (  ) A.π6 B. π 4 C. π 3 D. π 2 二、选择题:本题共3小题,每小题6分,共 18分.在每小题给出的四个选项中,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.设a,b,c是任意的非零空间向量,且两两 不共线,则下列结论中正确的有(  ). A.(a􀅰b)c-(c􀅰a)b=0 B.|a|-|b|<|a-b| C.(b􀅰a)c-(c􀅰a)b不与c垂直 D.(3a+2b)􀅰(3a-2b)=9|a|2-4|b|2 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 )页4共( 页1第 卷  章三第 题试学数 10.在 四 面 体 PGABC 中,以 下 说 法 正 确 的有 (  ) A.若AD → =13AC → +23AB →,则可知BC → = 3BD → B.若Q 为△ABC的重心,则PQ → =13PA → +13PB → +13PC C.若PA →􀅰BC → =0,PC →􀅰AB → =0,则PB → 􀅰AC → =0 D.若四面体PGABC 各棱长都为2,M, N 分别为PA,BC 的中点,则|MN → | =1 11.在 棱 长 为 1 的 正 方 体 中 ABCDG A1B1C1D1 中,点 P 在线段AD1 上运 动,则下列命题正确的是 (  ) A.异 面 直 线 C1P 和CB1 所 成 的 角 为定值 B.直线CD 和平面BPC1 平行 C.三棱锥DGBPC1 的体积为定值 D.直线CP 和平面ABC1D1 所成的角 为定值 三、填空题:本大题共3小题,每小题5分, 共15分. 12.如 图,在 正 三 棱 柱 ABCGA1B1C1 中,AB =AC=AA1=2,E,F 分别是BC,A1C1 的中 点.设 D 是线段B1C1 上的(包括两个端点) 动 点,当 直 线 BD 与 EF 所成角的余弦值为 104 ,则线段BD 的长为    . 13.已知正三角形 ABC 与正三角形BCD 所在 平 面 垂 直,则 平 面 ABD 与 平 面 BDC 夹角的余弦值为    . 14.已知空间直角坐标系 OGxyz 中,过点 P(x0,y0,z0)且一个法向量为n=(a,b, c)的平面α的方程为a(x-x0)+b(y- y0)+c(z-z0)=0.用以上知识解决下 面问题:已知平面α的方程为x+2y- 2z+1=0,直线l是两个平面x-y+3 =0与x-2z-1=0的交线,试写出直线l 的一个方向向量为      ,直线l与 平面α所成角的余弦值为      . 四、本大题共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.(本小题满分13分) 如图,在多面体ABCG DEF 中,底面 ABCD 是边长为 2 的菱形, ∠BAD=60°,四边形 BDEF 是 矩 形,平 面 BDEF ⊥ 平 面 ABG CD,DE=2,M 为 线 段BF 的中点. (1)求 M 到平面DEC 的距离及三棱锥 MGCDE的体积; (2)求证:DM⊥平面ACE. 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 )页4共( 页2第 卷  章三第 题试学数 16.(本 小 题 满 分 15 分)如 图,在 四 棱 锥OGABCD 中,底 面 ABCD 是 边 长 为 1 的 菱 形,∠ABC= π 4 ,OA⊥ 底 面 ABCD, OA=2,M 为OA 的中点,N 为BC 的中 点,以A 为原点,建立适当的空间坐标 系,利用空间向量解答以下问题: (1)证明:直线 MN∥平面OCD; (2)求异面直线 AB 与 MD 所成角的 大小; (3)求点B 到平面OCD 的距离. 17.(本小题满分15分) 如图,在直棱柱 ABG CDGA1B1C1D1 中,AD ∥BC,∠BAD=90°, AC⊥BD,BC=1,AD =AA1=4. (1)证明:平面 ACD1 ⊥平面BB1D; (2)求二面角B1GACGD1 的余弦值. 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 )页4共( 页3第 卷  章三第 题试学数 18.(本小题满分 17 分)如图,在四棱台 ABCDGA1B1C1D1 中,底面ABCD 是菱 形,AA1=A1B1= 1 2AB=1 ,∠ABC= 60°,AA1⊥平面ABCD. (1)若点 M 是AD 的中点,求证:C1M∥ 平面AA1B1B; (2)棱BC上是否存在一点E,使得二面 角EGAD1GD 的余弦值为 1 3 ? 若存在, 求线 段 CE 的 长;若 不 存 在,请 说 明 理由. 19.(本小题满分17分)在空间直角坐标系 OGxyz 中,任何一个平面的方程都能表 示成Ax+By+Cz+D=0,其中A,B, C,D∈R,A2+B2+C2≠0,且n=(A, B,C)为该平面的法向量.已知集合P= {(x,y,z)||x|≤1,|y|≤1,|z|≤1},Q ={(x,y,z)||x|+|y|+|z|≤2},T= {(x,y,z)||x|+|y|≤2,|y|+|z|≤2, |z|+|x|≤2}. (1)设集合 M={(x,y,z)|z=0},记 P∩M中所有点构成的图形的面积为 S1,Q∩M 中所有点构成的图形的面积 为S2,求S1 和S2 的值; (2)记集合Q 中所有点构成的几何体的 体积为V1,P∩Q 中所有点构成的几何 体的体积为V2,求V1 和V2 的值. 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 )页4共( 页4第 卷  章三第 题试学数

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第三章 空间向量与立体几何 B卷·素养提升卷-【创新教程】2025-2026学年高中数学选择性必修第一册五维课堂单元双测卷(北师大版2019)
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第三章 空间向量与立体几何 B卷·素养提升卷-【创新教程】2025-2026学年高中数学选择性必修第一册五维课堂单元双测卷(北师大版2019)
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