内容正文:
专题1.1 空间向量的线性运算
【知识梳理】 1
【考点1:空间向量的有关概念】 2
【考点2:空间向量的线性运算】 5
【考点3:由空间向量线性运算求参数】 8
【考点4:空间向量的共线定理】 11
【考点5:由空间向量的共线定理求参数】 15
【考点6:空间向量的共面定理】 17
【考点7:由空间向量的共面定理求参数】 19
【知识梳理】
1、空间向量的概念
(1)定义:在空间,具有大小和方向的量叫做空间向量.
(2)长度或模:向量的大小.
(3)表示方法:
①几何表示法:空间向量用有向线段表示;
②字母表示法:用字母,,,…表示;若向量的起点是A,终点是B,也可记作,其模记为||或||.
(4)几类特殊的空间向量
名称
定义及表示
零向量
长度为0的向量叫做零向量,记为
单位向量
模为1的向量称为单位向量
相反向量
与向量长度相等而方向相反的向量,称为的相反向量,记为 -
共线向量(平行向量)
如果表示若干空间向量的有向线段所在的直线互相平行或重合,那么这些向量叫做共线向量或平行向量.规定:对于任意向量,都有∥
相等向量
方向相同且模相等的向量称为相等向量
2、空间向量的线性运算
空间向量的线性运算
加法
+b=+ =
减法
-b=-=
数乘
当λ>0时,λ=λ=;
当λ<0时,λ=λ=;
当λ=0时,λ=0
运算律
与平面向量一样,空间向量的线性运算满足以下运算律(其中):
交换律:;
结合律:;
分配律:.
3、共线向量定理
(1)共线向量定理
对于空间任意两个向量,(≠),∥的充要条件是存在实数λ,使=λ.
(2)直线的方向向量
在直线l上取非零向量,我们把与向量平行的非零向量称为直线 l 的方向向量.
规定:零向量与任意向量平行,即对任意向量,都有//.
(3)共线向量定理的用途:
①判定两条直线平行;
②证明三点共线.
4、共面向量定理
(1)共面向量
如图,如果表示向量的有向线段所在的直线OA与直线l平行或重合,那么称向量平行于直线l.如果直线OA平行于平面α或在平面α内,那么称向量平行于平面α.平行于同一个平面的向量,叫做共面向量.
(2)共面向量定理
如果两个向量,不共线,那么向量与向量,共面的充要条件是存在唯一的有序实数对(x,y),使=x+y.
【常用结论】
1.三点共线:在平面中A,B,C三点共线(其中x+y=1),O为平面内任意一点.
2.四点共面:在空间中P,A,B,C四点共面(其中x+y+z=1),O为空间中任意一点.
【考点1:空间向量的有关概念】
1.(2026高二·全国·专题练习)(多选)下列命题中正确的是 ( )
A.如果,是两个单位向量,则
B.两个空间向量共线,则这两个向量方向相同
C.若,,为非零向量,且,,则
D.空间任意两个非零向量都可以平移到同一平面内
【答案】ACD
【分析】根据向量的定义及性质可以判定.
【详解】由单位向量的定义即得,故A正确;
共线不一定同向,故B错误;
因为为非零向量,且,所以,故C正确;
在空间任取一点,过此点引两个与已知非零向量相等的向量,而这两个向量所在的直线相交于此点,两条相交直线确定一个平面,所以两个非零向量可以平移到同一平面内,故D正确.
故选:ACD
2.(25-26高二上·安徽合肥·期中)(多选)下列说法正确的有( )
A.设是空间向量,若与共线,与共线,则与共线
B.若两个非零向量与满足,则
C.零向量与任何向量都共线
D.两个单位向量一定是相等向量
【答案】BC
【分析】根据共线向量以及单位向量的定义即可求解.
【详解】对于A,若为零向量时,则无法得到与共线,A错误,
对于B,由可得,故∥,B正确,
对于C,零向量与任意向量共线,故C正确,
对于D,单位向量的模长相等,但是方向不一定相同,故D错误,
故选:BC
3.(25-26高二·全国·暑假作业)(多选)(多选)下列命题为真命题的是( )
A.若空间向量,满足,则
B.在正方体中,必有
C.若空间向量,,满足,,则
D.空间中任意两个单位向量必相等
【答案】BC
【详解】A,根据向量相等的定义知,模相等且方向相同为相等向量,而A中向量与的方向不一定相同,假命题;
B,由正方体的结构特征知,与的方向相同,模也相等,故,真命题;
C,向量的相等满足传递性,真命题;
D,空间中任意两个单位向量的模均为1,但方向不一定相同故不一定相等,假命题.
4.(25-26高二上·广东广州·期中)(多选)给出下列命题,其中正确的命题是( )
A.若,则或
B.若向量是向量的相反向量,则
C.在正方体中,
D.若空间向量、、满足,,则
【答案】BC
【分析】根据空间向量的概念可判断A选项;利用相反向量的概念可判断B选项;利用相等向量的概念可判断C选项;利用共线向量的定义可判断D选项.
【详解】对于A:模相等的两个向量,它们的方向是任意的,A错误;
对于B:向量是向量的相反向量,则,B正确;
对于C:在正方体中,四边形是矩形,故,C正确;
对于D:若,则,,但、不一定共线,D错误.
故选:BC.
5.(25-26高二下·江苏淮安·阶段检测)(多选)下列四个命题中,说法不正确的是( )
A.空间任意两个单位向量必相等
B.是共线的充分不必要条件
C.对于非零向量,由,则
D.若向量满足,则
【答案】ACD
【详解】A:由单位向量的大小相等,但方向不一定相同,故空间任意两个单位向量不一定相等,错,
B:若时,则,
所以,则存在零向量或非零向量反向共线,即共线,充分性成立,
由共线,如非零向量同向共线时,此时,原等量关系不成立,必要性不成立,对,
C:由,若,且,,此时,但,错,
D:根据向量的性质,任意两个向量不能比较大小,错.
【考点2:空间向量的线性运算】
1.(25-26高二下·江苏淮安·阶段检测)已知四面体,是BD的中点,连接,则( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】根据已知条件作出图形,利用空间向量的线性运算即可求解.
【详解】因为是BD的中点,
所以,
所以.
2.(25-26高二上·云南昆明·期末)平行六面体中,,设向量,则( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【分析】根据空间向量的线性运算可得.
【详解】
由图和题意可知
,
又,
故,
故选:C
3.(25-26高二上·内蒙古包头·期中)如图,在平行六面体中,与的交点为点,设,,,下列向量中与相等的向量是( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】根据空间向量的线性运算求解.
【详解】,
故选:B.
4.(25-26高二下·江苏·课前预习)已知平行六面体,化简下列向量表达式,并在图中标出化简得到的向量:
(1);
(2);
(3).
【答案】(1),作图见解析
(2),作图见解析
(3),作图见解析
【分析】(1)(2)(3)根据空间向量的线性运算即可得到答案.
【详解】(1),
向量如图所示.
(2);
向量如图所示.
(3),
设是线段的中点,
则.
向量如图所示.
5.(25-26高二上·陕西咸阳·阶段检测)如图,在正方体中,化简下列向量表达式:
(1);
(2).
(3)
【答案】(1)
(2)
(3)
【分析】根据空间向量的线性运算结合图形计算即可.
【详解】(1);
(2);
(3).
【考点3:由空间向量线性运算求参数】
1.(25-26高二下·甘肃白银·期中)在三棱锥中,M是平面内一点,且,则( )
A. B.1 C.2 D.3
【答案】B
【分析】根据空间向量线性运算法则得到,再由空间共面定理的推论得到方程,解得即可.
【详解】因为,
所以,即,
又点M是平面内一点,
所以,解得.
故选:B
2.(2026·新疆喀什·模拟预测)在任意四边形中,E,F分别是,的中点,若,则( )
A. B.1 C.2 D.3
【答案】C
【分析】根据向量加法法则,将分别用表示,再结合题意即可得解.
【详解】如图,,
,
,.
故选:C.
3.(25-26高二上·河北·阶段检测)在四面体中,,,,,为的中点,若,则( )
A. B.3 C. D.2
【答案】B
【分析】根据空间向量的线性运算即可得解.
【详解】
如图,
因为,为的中点,所以,
又因为,
所以,
又,所以,解得:.
故选:B.
4.(25-26高二上·河南洛阳·阶段检测)在四面体中,点E满足,F为的中点,且,则实数 ( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】直接利用向量的线性运算,即可求出结果.
【详解】由于F为BE的中点,
所以,结合,
整理得,①,
由,得,
即,②,
根据①②的对应关系,可得
故选:D
5.(24-25高二下·甘肃白银·期末)在四面体中,,,棱,的中点分别为,,若,则_____.
【答案】
【分析】根据向量线性运算规则,用向量表示出,求出参数的值.
【详解】
在四面体中,棱,的中点分别为,,取的中点,所以,,
所以,
又因为,所以.
故答案为:.
【考点4:空间向量的共线定理】
1.(25-26高二上·湖南永州·期中)下列条件中,能说明空间中不重合的三点、、共线的是( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】根据向量的加法运算可判断A,根据向量的减法以及相反向量可判断B,根据共线向量的定义可判断C,向量的模长相等不一定能推出向量共线,即可判断D.
【详解】对于A,对于空间中的任意向量,都有,不能说明三点共线,说法A错误;
对于B,若,则,而,据此可知,即,两点重合,选项B错误;
对于C,,则、、三点共线,选项C正确;
对于D,,则线段的长度与线段的长度相等,不一定有、、三点共线,选项D错误;
故选:C.
2.(25-26高二上·河南许昌·阶段检测)在长方体中,,分别为,的中点,则下列向量中与向量平行的向量是( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】利用线线位置关系可得与向量平行的向量.
【详解】由长方体,可得,,
所以四边形是平行四边形,所以,同理可得,
又,分别为,的中点,所以,所以,
所以向量平行于,
因为直线与直线相交,又,所以向量不平行于,,
又直线与相交,所以向量不平行于.
故选:B.
3.(25-26高二上·安徽·期中)如图,在正四棱锥中,点是棱的中点,点在线段上,点在线段上,点在平面内,且,则的值为( )
A. B. C.2 D.
【答案】B
【分析】应用空间向量加法和数乘运算,再结合四点共面列式计算求解参数.
【详解】以为空间向量的一组基底,
则
,
因为,则,
因为四点共面,所以,故.
故选:B.
4.(25-26高二·湖南·课后作业)已知向量,,不共面,,,.求证:B,C,D三点共线.
【答案】证明见解析
【分析】将三点共线问题转化为求证向量共线问题求证即可.
【详解】因为,,,
所以,
,
所以,
所以,又为公共点,
所以B,C,D三点共线.
5.(25-26高二·全国·课后作业)如图所示,在正方体中,点在上,且,点在体对角线上,且.求证:,,三点共线.
【答案】证明见解析
【分析】把用基底表示后证明它们共线,再由共顶点可得三点共线.
【详解】连接,,
∵
,
,
∴,∴,
又,∴,,三点共线.
【考点5:由空间向量的共线定理求参数】
1.(25-26高二下·福建龙岩·期中)设向量,,不共面,已知,,,若,,三点共线,则( )
A.1 B.2 C.3 D.4
【答案】C
【分析】根据题意,得到,根据三点共线得到,再利用向量相等的条件求解参数即可.
【详解】因为,,,
所以,
因为三点共线,所以存在唯一的实数使得,
所以,解得,
所以.
故选:C.
2.(25-26高二上·新疆喀什·期中)设,是空间两个不共线的非零向量,已知,,,且、、三点共线,则实数的值为( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】把问题转化为两向量平行,求参数的问题求解.
【详解】因为.
因为、、三点共线,所以.
所以.
故选:D
3.(25-26高二下·江苏淮安·阶段检测)已知三点共线,为空间任一点,则①;②存在三个不为的实数,使,那么使①②成立的与的值分别为( )
A.1, B.,0 C.0,1 D.,0
【答案】D
【分析】根据三点共线得,进而结合①得,再结合②得,最后求和即可得答案.
【详解】因为三点共线,所以存在实数,满足,
因为为空间任一点,所以,即,
因为,所以,解得,
因为存在三个不为的实数,使,
所以,所以,即,
所以.
综上,,
4.(25-26高二上·广东揭阳·阶段检测)已知是空间的一个基底,向量,,,若,则的值________
【答案】
【分析】由向量平行得到,求解即可.
【详解】因为,所以,
即,,
所以.
故答案为:.
5.(25-26高二·全国·暑假作业)设是不共线的向量,已知,若A,B,D三点共线,则实数k为______.
【答案】
【详解】因为,又A,B,D三点共线,
由向量共线的充要条件得,所以.
【考点6:空间向量的共面定理】
1.(25-26高一下·重庆沙坪坝·期中)已知四棱柱是平行六面体,空间中一点平面,实数满足,则实数( )
A. B. C. D.
【答案】A
【详解】因为四点共面,
所以,解得.
2.(25-26高二下·安徽马鞍山·阶段检测)已知为空间中四点,任意三点不共线,且,若四点共面,则的值为( )
A.2 B.3 C.4 D.5
【答案】C
【详解】因为四点共面,且,
所以由共面定理可得,,即.
3.(2026·湖南长沙·二模)为空间任意一点,若,若A,B,C,P四点共面,则实数等于_______.
【答案】/
【分析】借助空间向量线性运算及四点共面条件计算即可得.
【详解】由,则,
则,
由A,B,C,P四点共面,则,解得.
4.(2026高二·全国·专题练习)已知四点满足任意三点均不共线,但四点共面,为平面外任意一点,且,则实数的值为______.
【答案】
【分析】整理可得,结合四点共面的结论列式求解即可.
【详解】,
因为四点共面,所以,解得.
5.(25-26高二上·全国·期中)如图,已知平行六面体,分别是棱和的中点,求证:四点共面.
【答案】证明见解析
【分析】取,,,由向量的线性运算得与,共面可得答案.
【详解】取,,,结合题图及已知,
则
,
所以与共面,又,,
所以与,共面,即四点共面.
【考点7:由空间向量的共面定理求参数】
1.(25-26高二上·广东广州·期末)在正四棱锥中,,.若平面AEF与直线PC相交于点Q,且,则的值为( )
A.4 B.5 C. D.
【答案】A
【分析】连接交于点,连接,由题设易得,进而得到,再根据四点共面求解即可.
【详解】连接交于点,连接,
在正四棱锥中,且为的中点,
则,,即,
则,即,
则,
由题意,四点共面,则,解得.
故选:A
2.(25-26高二上·青海海东·期末)已知,,,四点共面于,且其中任意三点均不共线.设为空间中任意一点且,若,则( )
A.0 B.1 C. D.
【答案】C
【分析】利用共面定理和空间向量的线性运算可求答案.
【详解】因为,,,四点共面,所以,其中,
所以,
即;
因为,所以,
而不共面,则,即.
故选:C
3.(25-26高二下·江苏南京·阶段检测)已知为空间中四点,任意三点不共线,O为平面ABC外一点,且,若四点共面,则的最小值为( )
A. B. C.9 D.4
【答案】A
【详解】因为四点共面,则有,
由共面条件可得,,即,
所以,
当且仅当,即,即时,等号成立.
故选A.
4.(25-26高二上·安徽·期末)在四面体中,点D满足,若A,B,C,D四点共面,则_______.
【答案】
【分析】利用空间向量的共面定理建立方程,求解参数即可.
【详解】因为四点共面,所以,解得.
故答案为:
5.(25-26高一上·陕西商洛·阶段检测)已知、、三点不共线,点在平面外,点满足,则当点、、、四点共面时,实数_____________.
【答案】/
【分析】首先把换成以为起点的,整理得到关于、、的线性表达式.,然后用空间四点共面的向量判定定理,的线性组合系数和为1,据此列方程求解.
【详解】已知,得,
四点共面时,系数和为1,即
计算得
故答案为:
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专题1.1 空间向量的线性运算
【知识梳理】 1
【考点1:空间向量的有关概念】 2
【考点2:空间向量的线性运算】 4
【考点3:由空间向量线性运算求参数】 5
【考点4:空间向量的共线定理】 6
【考点5:由空间向量的共线定理求参数】 8
【考点6:空间向量的共面定理】 8
【考点7:由空间向量的共面定理求参数】 9
【知识梳理】
1、空间向量的概念
(1)定义:在空间,具有大小和方向的量叫做空间向量.
(2)长度或模:向量的大小.
(3)表示方法:
①几何表示法:空间向量用有向线段表示;
②字母表示法:用字母,,,…表示;若向量的起点是A,终点是B,也可记作,其模记为||或||.
(4)几类特殊的空间向量
名称
定义及表示
零向量
长度为0的向量叫做零向量,记为
单位向量
模为1的向量称为单位向量
相反向量
与向量长度相等而方向相反的向量,称为的相反向量,记为 -
共线向量(平行向量)
如果表示若干空间向量的有向线段所在的直线互相平行或重合,那么这些向量叫做共线向量或平行向量.规定:对于任意向量,都有∥
相等向量
方向相同且模相等的向量称为相等向量
2、空间向量的线性运算
空间向量的线性运算
加法
+b=+ =
减法
-b=-=
数乘
当λ>0时,λ=λ=;
当λ<0时,λ=λ=;
当λ=0时,λ=0
运算律
与平面向量一样,空间向量的线性运算满足以下运算律(其中):
交换律:;
结合律:;
分配律:.
3、共线向量定理
(1)共线向量定理
对于空间任意两个向量,(≠),∥的充要条件是存在实数λ,使=λ.
(2)直线的方向向量
在直线l上取非零向量,我们把与向量平行的非零向量称为直线 l 的方向向量.
规定:零向量与任意向量平行,即对任意向量,都有//.
(3)共线向量定理的用途:
①判定两条直线平行;
②证明三点共线.
4、共面向量定理
(1)共面向量
如图,如果表示向量的有向线段所在的直线OA与直线l平行或重合,那么称向量平行于直线l.如果直线OA平行于平面α或在平面α内,那么称向量平行于平面α.平行于同一个平面的向量,叫做共面向量.
(2)共面向量定理
如果两个向量,不共线,那么向量与向量,共面的充要条件是存在唯一的有序实数对(x,y),使=x+y.
【常用结论】
1.三点共线:在平面中A,B,C三点共线(其中x+y=1),O为平面内任意一点.
2.四点共面:在空间中P,A,B,C四点共面(其中x+y+z=1),O为空间中任意一点.
【考点1:空间向量的有关概念】
1.(2026高二·全国·专题练习)(多选)下列命题中正确的是 ( )
A.如果,是两个单位向量,则
B.两个空间向量共线,则这两个向量方向相同
C.若,,为非零向量,且,,则
D.空间任意两个非零向量都可以平移到同一平面内
2.(25-26高二上·安徽合肥·期中)(多选)下列说法正确的有( )
A.设是空间向量,若与共线,与共线,则与共线
B.若两个非零向量与满足,则
C.零向量与任何向量都共线
D.两个单位向量一定是相等向量
3.(25-26高二·全国·暑假作业)(多选)(多选)下列命题为真命题的是( )
A.若空间向量,满足,则
B.在正方体中,必有
C.若空间向量,,满足,,则
D.空间中任意两个单位向量必相等
4.(25-26高二上·广东广州·期中)(多选)给出下列命题,其中正确的命题是( )
A.若,则或
B.若向量是向量的相反向量,则
C.在正方体中,
D.若空间向量、、满足,,则
5.(25-26高二下·江苏淮安·阶段检测)(多选)下列四个命题中,说法不正确的是( )
A.空间任意两个单位向量必相等
B.是共线的充分不必要条件
C.对于非零向量,由,则
D.若向量满足,则
【考点2:空间向量的线性运算】
1.(25-26高二下·江苏淮安·阶段检测)已知四面体,是BD的中点,连接,则( )
A. B. C. D.
2.(25-26高二上·云南昆明·期末)平行六面体中,,设向量,则( )
A. B.
C. D.
3.(25-26高二上·内蒙古包头·期中)如图,在平行六面体中,与的交点为点,设,,,下列向量中与相等的向量是( )
A. B. C. D.
4.(25-26高二下·江苏·课前预习)已知平行六面体,化简下列向量表达式,并在图中标出化简得到的向量:
(1);
(2);
(3).
5.(25-26高二上·陕西咸阳·阶段检测)如图,在正方体中,化简下列向量表达式:
(1);
(2).
(3)
【考点3:由空间向量线性运算求参数】
1.(25-26高二下·甘肃白银·期中)在三棱锥中,M是平面内一点,且,则( )
A. B.1 C.2 D.3
2.(2026·新疆喀什·模拟预测)在任意四边形中,E,F分别是,的中点,若,则( )
A. B.1 C.2 D.3
3.(25-26高二上·河北·阶段检测)在四面体中,,,,,为的中点,若,则( )
A. B.3 C. D.2
4.(25-26高二上·河南洛阳·阶段检测)在四面体中,点E满足,F为的中点,且,则实数 ( )
A. B. C. D.
5.(24-25高二下·甘肃白银·期末)在四面体中,,,棱,的中点分别为,,若,则_____.
【考点4:空间向量的共线定理】
1.(25-26高二上·湖南永州·期中)下列条件中,能说明空间中不重合的三点、、共线的是( )
A. B. C. D.
2.(25-26高二上·河南许昌·阶段检测)在长方体中,,分别为,的中点,则下列向量中与向量平行的向量是( )
A. B. C. D.
3.(25-26高二上·安徽·期中)如图,在正四棱锥中,点是棱的中点,点在线段上,点在线段上,点在平面内,且,则的值为( )
A. B. C.2 D.
4.(25-26高二·湖南·课后作业)已知向量,,不共面,,,.求证:B,C,D三点共线.
5.(25-26高二·全国·课后作业)如图所示,在正方体中,点在上,且,点在体对角线上,且.求证:,,三点共线.
【考点5:由空间向量的共线定理求参数】
1.(25-26高二下·福建龙岩·期中)设向量,,不共面,已知,,,若,,三点共线,则( )
A.1 B.2 C.3 D.4
2.(25-26高二上·新疆喀什·期中)设,是空间两个不共线的非零向量,已知,,,且、、三点共线,则实数的值为( )
A. B. C. D.
3.(25-26高二下·江苏淮安·阶段检测)已知三点共线,为空间任一点,则①;②存在三个不为的实数,使,那么使①②成立的与的值分别为( )
A.1, B.,0 C.0,1 D.,0
4.(25-26高二上·广东揭阳·阶段检测)已知是空间的一个基底,向量,,,若,则的值________
5.(25-26高二·全国·暑假作业)设是不共线的向量,已知,若A,B,D三点共线,则实数k为______.
【考点6:空间向量的共面定理】
1.(25-26高一下·重庆沙坪坝·期中)已知四棱柱是平行六面体,空间中一点平面,实数满足,则实数( )
A. B. C. D.
2.(25-26高二下·安徽马鞍山·阶段检测)已知为空间中四点,任意三点不共线,且,若四点共面,则的值为( )
A.2 B.3 C.4 D.5
3.(2026·湖南长沙·二模)为空间任意一点,若,若A,B,C,P四点共面,则实数等于_______.
4.(2026高二·全国·专题练习)已知四点满足任意三点均不共线,但四点共面,为平面外任意一点,且,则实数的值为______.
5.(25-26高二上·全国·期中)如图,已知平行六面体,分别是棱和的中点,求证:四点共面.
【考点7:由空间向量的共面定理求参数】
1.(25-26高二上·广东广州·期末)在正四棱锥中,,.若平面AEF与直线PC相交于点Q,且,则的值为( )
A.4 B.5 C. D.
2.(25-26高二上·青海海东·期末)已知,,,四点共面于,且其中任意三点均不共线.设为空间中任意一点且,若,则( )
A.0 B.1 C. D.
3.(25-26高二下·江苏南京·阶段检测)已知为空间中四点,任意三点不共线,O为平面ABC外一点,且,若四点共面,则的最小值为( )
A. B. C.9 D.4
4.(25-26高二上·安徽·期末)在四面体中,点D满足,若A,B,C,D四点共面,则_______.
5.(25-26高一上·陕西商洛·阶段检测)已知、、三点不共线,点在平面外,点满足,则当点、、、四点共面时,实数_____________.
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