内容正文:
专题01 空间向量与立体几何
考点01 空间向量及其运算
考点02 空间向量基本定理
考点03 空间向量及其运算的坐标表示
考点04 空间向量的应用
考点01 空间向量及其运算
1.A
考点02 空间向量基本定理
1.【答案】(1)\vec {OG}=\frac{1}{3}\vec {OA}+\frac{1}{3}\vec {OB}+\frac{1}{3}\vec {OC} (2) (3)
【分析】
(1)根据向量的线性运算法则,准确化简、运算,即可求解;
(2)利用向量的模与数量积的关系求解即可;
(3)利用向量的夹角公式计算即可求解.
(1) 小问详解:
\vec {OG}=\vec {OA}+\vec {AG}=\vec {OA}+\frac{2}{3}\vec {AE}=\vec {OA}+\frac{2}{3}\left(\vec {OE}-\vec {OA}\right)=\frac{1}{3}\vec {OA}+\frac{2}{3}\vec {OE}
=\frac{1}{3}\vec {OA}+\frac{2}{3}\left(\frac{1}{2}\vec {OB}+\frac{1}{2}\vec {OC}\right)=\frac{1}{3}\vec {OA}+\frac{1}{3}\vec {OB}+\frac{1}{3}\vec {OC};
(2) 小问详解:
\left| \vec {OG}\right| =\sqrt{\left(\frac{1}{3}\vec {OA}+\frac{1}{3}\vec {OB}+\frac{1}{3}\vec {OC}\right)^{2}}
=\sqrt{\frac{1}{9}\left(\vec {OA}^{2}+\vec {OB}^{2}+\vec {OC}^{2}+2\vec {OA}\cdot \vec {OB}+2\vec {OA}\cdot \vec {OC}+2\vec {OB}\cdot \vec {OC}\right)}
(3) 小问详解:
因为\vec {OE}=\frac{1}{2}\vec {OB}+\frac{1}{2}\vec {OC},\vec {AB}=\vec {OB}-\vec {OA},
所以\vec {OE}\cdot \vec {AB}=\left(\frac{1}{2}\vec {OB}+\frac{1}{2}\vec {OC}\right)\cdot \left(\vec {OB}-\vec {OA}\right)=\frac{1}{2}\vec {OB}^{2}+\frac{1}{2}\vec {OC}\cdot \vec {OB}-\frac{1}{2}\vec {OB}\cdot \vec {OA}-\frac{1}{2}\vec {OC}\cdot \vec {OA}
.
.
由正四面体的棱长为2,可得\left| \vec {OE}\right| =\sqrt{3},\left| \vec {AB}\right| =2,
所以\cos < \vec {OE},\vec {AB> }=\frac{\vec {OE}\cdot \vec {AB}}{\left| \vec {OE}\right| \left| \vec {AB}\right| }=\frac{1}{2\sqrt{3}}=\frac{\sqrt{3}}{6}.
考点03 空间向量及其运算的坐标表示
1.B
2.D
3.ABD
4.【答案】
【分析】
根据向量平行可知存在实数,使得,结合向量坐标运算求解即可.
【详解】
因为向量,,
若,则存在实数,使得,
可得 ,解得 .
故答案为:.
考点04 空间向量的应用
1.C
2.B
3.【答案】(1)
取的中点,连结,
因为是中点,所以,且,
因为四边形为平行四边形,所以,
又因为,所以,
所以,因此四边形为平行四边形,
所以.
又因为平面,平面,
所以平面. (2)
【分析】
(1)作出辅助线,利用平行四边形证明线线平行,再由线面平行的判定定理得证;
(2)作于,证明即为点面距离,再由直角三角形求解即可.
(1) 小问详解:
略
(2) 小问详解:
作于,由(1)知平面即为平面,
因为平面,平面,所以.
又因为,,所以平面.
因为平面,所以.
又因为,,平面,
所以平面,
所以即为点到平面的距离.
因为平面,平面,所以
在中,,
所以,
所以.
4.【答案】(1)
因为平面平面,平面平面,
在矩形中,平面,所以平面.
又因为平面平面,所以.
以\left\{\vec {AD},\vec {AB},\vec {AF}\right\}为正交基底,建立如图所示空间直角坐标系,
则,.
所以\vec {ME}=\left(2,3,t\right),\vec {BN}=\left(3,-2,0\right),
所以\vec {ME}\cdot \vec {BN}=2\times 3+3\times \left(-2\right)=0,
所以. (2)
(3)
【分析】
(1)利用面面垂直的性质可得平面,进而利用线面垂直的性质可得,建立空间直角坐标系,利用向量法可得结论;
(2)求得平面的一个法向量和平面的一个法向量,利用向量法可求的值;
(3)设\vec {BK}=\lambda \vec {BM},求得\vec {KN}=\left(3-\lambda ,3\lambda -2,0\right),利用向量法可求得,进而可求解.
(1) 小问详解:
略
(2) 小问详解:
\vec {BE}=\left(3,0,t\right),\vec {BM}=\left(1,-3,0\right),\vec {EF}=\left(-3,-3,0\right),\vec {EN}=\left(0,-2,-t\right).
设平面的一个法向量为\vec {n_{1}}=\left(x_{1},y_{1},z_{1}\right),
则 \begin{cases} \vec {BM}\cdot \vec {n_{1}}=0\\ \vec {BE}\cdot \vec {n_{1}}=0 \end{cases} ,即 ,令,得,
所以平面的一个法向量为\vec {n_{1}}=\left(3,1,-\frac{9}{t}\right).
设平面的一个法向量为\vec {n_{2}}=\left(x_{2},y_{2},z_{2}\right),则
\begin{cases} \vec {EF}\cdot \vec {n_{2}}=0\\ \vec {EN}\cdot \vec {n_{2}}=0 \end{cases} ,即 ,令,得,
所以平面的一个法向量为\vec {n_{2}}=\left(1,-1,\frac{2}{t}\right).
若平面平面,则\vec {n_{1}}\cdot \vec {n_{2}}=0,
得,解得,
因为,所以.
(3) 小问详解:
设\vec {BK}=\lambda \vec {BM},则,所以\vec {KN}=\left(3-\lambda ,3\lambda -2,0\right).
由(2)可知,平面的一个法向量\vec {n_{2}}=\left(1,-1,\frac{2}{t}\right),所以\vec {KN}\cdot \vec {n_{2}}=0,
得,解得.
所以,所以\vec {EK}=\left(-\frac{7}{4},-\frac{15}{4},-t\right),
所以\left| \vec {EK}\right| =\sqrt{\left(-\frac{7}{4}\right)^{2}+\left(-\frac{15}{4}\right)^{2}+t^{2}}=\sqrt{t^{2}+\frac{137}{8}}.
试卷第1页,共3页
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专题01 空间向量与立体几何
4大高频考点概览
考点01 空间向量及其运算
考点02 空间向量基本定理
考点03 空间向量及其运算的坐标表示
考点04 空间向量的应用
考点01 空间向量及其运算
1.(25-26学年高二上·江苏南通·期中)已知是空间三个两两不共线的向量,则“向量共面”是“存在三个均不为零的实数,使得”的( )
A. 充要条件
B. 充分不必要条件
C. 必要不充分条件
D. 既不充分也不必要条件
【答案】A
【分析】
利用空间向量共面的基本定理结合充分条件、必要条件的定义判断即可求解.
【详解】
因为实数均不为零,所以\vec {a}=-\frac{q}{p}\vec {b}-\frac{r}{p}\vec {c},
此时向量共面,故必要性成立;
因为是空间三个两两不共线的向量,若向量共面,
则存在非零实数、使得\vec {a}=x\vec {b}+y\vec {c},则\vec {a}-x\vec {b}-y\vec {c}=0,
取,即有,故充分性成立;
所以“向量共面”是“存在三个均不为零的实数,使得”的充要条件.
故选:A
考点02 空间向量基本定理
1.(25-26学年高二上·江苏南通·期中)如图,在棱长为2的正四面体中,已知是线段的中点,点在线段上,且.
(1)用向量\vec {OA},\vec {OB},\vec {OC}表示\vec {OG};
(2)求\left| \vec {OG}\right|;
(3)求向量\vec {OE}与\vec {AB}夹角的余弦值.
【答案】(1)\vec {OG}=\frac{1}{3}\vec {OA}+\frac{1}{3}\vec {OB}+\frac{1}{3}\vec {OC} (2) (3)
【分析】
(1)根据向量的线性运算法则,准确化简、运算,即可求解;
(2)利用向量的模与数量积的关系求解即可;
(3)利用向量的夹角公式计算即可求解.
(1) 小问详解:
\vec {OG}=\vec {OA}+\vec {AG}=\vec {OA}+\frac{2}{3}\vec {AE}=\vec {OA}+\frac{2}{3}\left(\vec {OE}-\vec {OA}\right)=\frac{1}{3}\vec {OA}+\frac{2}{3}\vec {OE}
=\frac{1}{3}\vec {OA}+\frac{2}{3}\left(\frac{1}{2}\vec {OB}+\frac{1}{2}\vec {OC}\right)=\frac{1}{3}\vec {OA}+\frac{1}{3}\vec {OB}+\frac{1}{3}\vec {OC};
(2) 小问详解:
\left| \vec {OG}\right| =\sqrt{\left(\frac{1}{3}\vec {OA}+\frac{1}{3}\vec {OB}+\frac{1}{3}\vec {OC}\right)^{2}}
=\sqrt{\frac{1}{9}\left(\vec {OA}^{2}+\vec {OB}^{2}+\vec {OC}^{2}+2\vec {OA}\cdot \vec {OB}+2\vec {OA}\cdot \vec {OC}+2\vec {OB}\cdot \vec {OC}\right)}
(3) 小问详解:
因为\vec {OE}=\frac{1}{2}\vec {OB}+\frac{1}{2}\vec {OC},\vec {AB}=\vec {OB}-\vec {OA},
所以\vec {OE}\cdot \vec {AB}=\left(\frac{1}{2}\vec {OB}+\frac{1}{2}\vec {OC}\right)\cdot \left(\vec {OB}-\vec {OA}\right)=\frac{1}{2}\vec {OB}^{2}+\frac{1}{2}\vec {OC}\cdot \vec {OB}-\frac{1}{2}\vec {OB}\cdot \vec {OA}-\frac{1}{2}\vec {OC}\cdot \vec {OA}
.
.
由正四面体的棱长为2,可得\left| \vec {OE}\right| =\sqrt{3},\left| \vec {AB}\right| =2,
所以\cos < \vec {OE},\vec {AB> }=\frac{\vec {OE}\cdot \vec {AB}}{\left| \vec {OE}\right| \left| \vec {AB}\right| }=\frac{1}{2\sqrt{3}}=\frac{\sqrt{3}}{6}.
考点03 空间向量及其运算的坐标表示
1.(25-26学年高二上·江苏南京·期中)已知向量.若\vec {a}\bot \vec {b},则实数( )
A. -4
B. -1
C. 1
D. 4
【答案】B
【分析】
由平面向量垂直的向量形式求解.
【详解】
由\vec {a}\bot \vec {b},得\vec {a}\cdot \vec {b}=0,
得,得,
故选:B
2.(25-26学年高二上·江苏南通·期中)若空间向量,则下列向量能与构成空间的一个基底的是( )
A.
B.
C.
D.
【答案】D
【分析】
根据给定条件,利用空间向量的坐标运算及空间基底的意义判断即得.
【详解】
对于A,\vec {p}=\vec {a}+\vec {b},向量\vec {p},\vec {a},\vec {b}共面,A不是;
对于B,\vec {q}=\vec {a}+\frac{1}{2}\vec {b},向量\vec {q},\vec {a},\vec {b}共面,B不是;
对于C,\vec {r}=\frac{1}{3}\vec {a}+\vec {b},向量\vec {r},\vec {a},\vec {b}共面,C不是;
对于D,假设\vec {s}=x\vec {a}+y\vec {b},则,于是 ,方程组无解,
即向量\vec {s},\vec {a},\vec {b}不共面,能构成空间的一个基底,D是.
故选:D
3.(25-26学年高二上·江苏南通·期中)(多选)在棱长为2的正方体中,分别是棱上的动点(不含端点),且,则( )
A. \left| \vec {B_{1}E}+\vec {EF}+\vec {FD_{1}}\right| =2\sqrt{2}
B. 当且仅当为中点时,
C. 存在,使得
D. 直线与平面所成角的正弦值的最大值为
【答案】ABD
【分析】
以为原点,建立坐标系,设,根据\vec {D_{1}E}\cdot \vec {B_{1}F}=0,求得,由\vec {B_{1}E}+\vec {EF}+\vec {FD_{1}}=\left(-2,2,0\right),可判定A正确;由\left| \vec {AE}\right| =\left| \vec {AF}\right|,求得,可判定B正确;由\vec {A_{1}F}=\lambda \vec {B_{1}E},列方程方程组,可判定C错误;过作,证得即为直线与平面所成角,求得,利用换元法和函数的单调性,可判定D正确.
【详解】
以为原点,以所在的直线分别为轴,建立空间直角坐标系,
如图所示,可得,
设,其中可得\vec {D_{1}E}=\left(2,n,-2\right),\vec {B_{1}F}=\left(m-2,-2,-2\right),
因为,则\vec {D_{1}E}\cdot \vec {B_{1}F}=2\left(m-2\right)-2n+4=0,
可得,所以,
对于A,由\vec {B_{1}E}+\vec {EF}+\vec {FD_{1}}=\left(0,m-2,-2\right)+\left(m-2,-m,0\right)+\left(-m,0,2\right)=\left(-2,-2,0\right),
可得\left| \vec {B_{1}E}+\vec {EF}+\vec {FD_{1}}\right| =2\sqrt{2},所以A正确;
对于B,由\vec {AE}=\left(0,m,0\right),\vec {AF}=\left(m-2,0,0\right),可得\left| \vec {AE}\right| =m,\left| \vec {AF}\right| =2-m
若,可得\left| \vec {AE}\right| =\left| \vec {AF}\right|,所以,解得,
即分别为的中点,所以B正确;
对于C,由\vec {A_{1}F}=\left(m-2,0,-2\right),\vec {B_{1}E}=\left(0,m-2,-2\right),
若,可得\vec {A_{1}F}//\vec {B_{1}E},则存在实数使得\vec {A_{1}F}=\lambda \vec {B_{1}E},
可得 ,可得,因为,所以不存在,
所以不存在使得,所以C错误;
对于D,过点作,连接,
在正方体中,可得平面,
因为平面,所以,
又因为,且平面,所以平面,
因为平面,所以平面平面,
所以即为直线与平面所成角,
在直角中,由,可得,
所以
在直角中,可得,
令,其中,
可得,且,所以,
由函数在上单调递减,
所以当时,,所以的最大值为,
所以的最大值为,所以D正确.
故选:ABD.
4.(25-26学年高二上·江苏南通·期中)已知向量,,且,则 .
【答案】
【分析】
根据向量平行可知存在实数,使得,结合向量坐标运算求解即可.
【详解】
因为向量,,
若,则存在实数,使得,
可得 ,解得 .
故答案为:.
考点04 空间向量的应用
1.(25-26学年高二上·江苏南京·期中)在正方体中,异面直线与所成的角为( )
A. 30°
B. 45°
C. 60°
D. 90°
【答案】C
【分析】
首先由可得是异面直线和所成角,再由为正三角形即可求解.
【详解】
连接.
因为为正方体,所以,
则是异面直线和所成角.又,
可得为等边三角形,则,所以异面直线与所成角为,
故选:C
【点睛】
本题考查异面直线所成的角,利用平行构造三角形或平行四边形是关键,考查了空间想象能力和推理能力,属于中档题.
2.(25-26学年高二上·江苏南通·期中)在正三棱柱中,,则直线与所成角的余弦值为( )
A.
B.
C. 0
D.
【答案】B
【分析】
利用正三棱柱的性质计算出\vec {A_{1}B}\cdot \vec {B_{1}C},,,再根据夹角公式即可求解.
【详解】
由题意,同理可得,
因为平面,平面,所以, 即\vec {A_{1}A}\cdot \vec {BC}=0,
所以\vec {A_{1}B}\cdot \vec {B_{1}C}=\left(\vec {A_{1}A}+\vec {AB}\right)\cdot \left(\vec {B_{1}B}+\vec {BC}\right)=\vec {A_{1}A}\cdot \vec {B_{1}B}+\vec {A_{1}A}\cdot \vec {BC}+\vec {AB}\cdot \vec {B_{1}B}+\vec {AB}\cdot \vec {BC}
=\left| \vec {A_{1}A}\right| \left| \vec {B_{1}B}\right| +\left| \vec {AB}\right| \left| \vec {BC}\right| \cos \left(\pi -\angle ABC\right)=2\times 2+2\times 2\times \left(-\frac{1}{2}\right)=2,
所以\cos \left\langle \vec {A_{1}B},\vec {B_{1}C}\right\rangle =\frac{\vec {A_{1}B}\cdot \vec {B_{1}C}}{\left| \vec {A_{1}B}\right| \cdot \left| \vec {B_{1}C}\right| }=\frac{2}{2\sqrt{2}\times 2\sqrt{2}}=\frac{1}{4},
故直线与所成角的余弦值为.
故选:B
3.(25-26学年高二上·江苏南京·期中)如图,在四棱锥中,底面为平行四边形,,为中点,点在线段上,.
(1)证明:平面;
(2)若平面,且,求点到平面的距离.
【答案】(1)
取的中点,连结,
因为是中点,所以,且,
因为四边形为平行四边形,所以,
又因为,所以,
所以,因此四边形为平行四边形,
所以.
又因为平面,平面,
所以平面. (2)
【分析】
(1)作出辅助线,利用平行四边形证明线线平行,再由线面平行的判定定理得证;
(2)作于,证明即为点面距离,再由直角三角形求解即可.
(1) 小问详解:
略
(2) 小问详解:
作于,由(1)知平面即为平面,
因为平面,平面,所以.
又因为,,所以平面.
因为平面,所以.
又因为,,平面,
所以平面,
所以即为点到平面的距离.
因为平面,平面,所以
在中,,
所以,
所以.
4.(25-26学年高二上·江苏南通·期中)如图,已知正方形和矩形所在平面互相垂直,,设,点分别在线段上,且.
(1)证明:;
(2)若平面平面,求的值;
(3)设直线与平面相交于点,求线段的长度(用表示).
【答案】(1)
因为平面平面,平面平面,
在矩形中,平面,所以平面.
又因为平面平面,所以.
以\left\{\vec {AD},\vec {AB},\vec {AF}\right\}为正交基底,建立如图所示空间直角坐标系,
则,.
所以\vec {ME}=\left(2,3,t\right),\vec {BN}=\left(3,-2,0\right),
所以\vec {ME}\cdot \vec {BN}=2\times 3+3\times \left(-2\right)=0,
所以. (2)
(3)
【分析】
(1)利用面面垂直的性质可得平面,进而利用线面垂直的性质可得,建立空间直角坐标系,利用向量法可得结论;
(2)求得平面的一个法向量和平面的一个法向量,利用向量法可求的值;
(3)设\vec {BK}=\lambda \vec {BM},求得\vec {KN}=\left(3-\lambda ,3\lambda -2,0\right),利用向量法可求得,进而可求解.
(1) 小问详解:
略
(2) 小问详解:
\vec {BE}=\left(3,0,t\right),\vec {BM}=\left(1,-3,0\right),\vec {EF}=\left(-3,-3,0\right),\vec {EN}=\left(0,-2,-t\right).
设平面的一个法向量为\vec {n_{1}}=\left(x_{1},y_{1},z_{1}\right),
则 \begin{cases} \vec {BM}\cdot \vec {n_{1}}=0\\ \vec {BE}\cdot \vec {n_{1}}=0 \end{cases} ,即 ,令,得,
所以平面的一个法向量为\vec {n_{1}}=\left(3,1,-\frac{9}{t}\right).
设平面的一个法向量为\vec {n_{2}}=\left(x_{2},y_{2},z_{2}\right),则
\begin{cases} \vec {EF}\cdot \vec {n_{2}}=0\\ \vec {EN}\cdot \vec {n_{2}}=0 \end{cases} ,即 ,令,得,
所以平面的一个法向量为\vec {n_{2}}=\left(1,-1,\frac{2}{t}\right).
若平面平面,则\vec {n_{1}}\cdot \vec {n_{2}}=0,
得,解得,
因为,所以.
(3) 小问详解:
设\vec {BK}=\lambda \vec {BM},则,所以\vec {KN}=\left(3-\lambda ,3\lambda -2,0\right).
由(2)可知,平面的一个法向量\vec {n_{2}}=\left(1,-1,\frac{2}{t}\right),所以\vec {KN}\cdot \vec {n_{2}}=0,
得,解得.
所以,所以\vec {EK}=\left(-\frac{7}{4},-\frac{15}{4},-t\right),
所以\left| \vec {EK}\right| =\sqrt{\left(-\frac{7}{4}\right)^{2}+\left(-\frac{15}{4}\right)^{2}+t^{2}}=\sqrt{t^{2}+\frac{137}{8}}.
试卷第1页,共3页
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专题01空间向量与立体几何
4大高频考点概览
考点01空间向量及其运算
考点02空间向量基本定理
考点3空间向量及其运算的坐标表示
考点04空间向量的应用
》
考点01空间向量及其运算
1.(25-26学年高二上·江苏南通·期中)已知·是空间三个两两不共线的向量,则“向量·共
a,b,c
a,b c
面”是“存在三个均不为零的实数p,9,r,使得。
pa+gb+rc=0”的(
A.充要条件
B.充分不必要条件
C.必要不充分条件
D.既不充分也不必要条件
》
考点02空间向量基本定理
1.(25-26学年高二上·江苏南通·期中)如图,在棱长为2的正四面体0-ABC中,已知E是线段BC的
中点,点G在线段AE上,且AG=2GE
】
(1)用向量vec (OA,,ivec OB,vec (OC表示hvec OG:
(2)Vef lvec (OG)right];
(3)求向量vec (OE)与vec AB夹角的余弦值
》
考点03空间向量及其运算的坐标表示
1.(25-26学年高二上江苏南京期中)已知向量a=1,2,b=2,k若heca@bo1ec,则实数k=
A.-4
B.-1
113
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让教与学更高效
C.1
D.4
2.(25-26学年高二上江苏南通:期中)若空间向量a=1,0,1,b=0,1,0”
则下列向量能与二构成空
a.b
间的一个基底的是(
Ap=1,1,1
c-6
D.s=1,1,0
3.(25-26学年高二上·江苏南通·期中)(多选)在棱长为2的正方体ABCD-A1B1C1D1中,E,F分
别是棱AB,AD上的动点(不含端点),且D1E⊥B1F,则(
A.Mleft vec (B (1)E)+lvec (EF)+vec (FD (1))right =2sgrt(2)
B.当且仅当E为AB中点时,AE=AF
C.存在E,F,使得A1FIBE
D.直线AA与平面A1EF所成角的正弦值的最大值为
3
4.(25-26学年高二上-江苏南通:期中)已知向量a=2,2m-3,8?6=4,2m+1,16且a1/6则
m=
》
考点04空间向量的应用
1.
(25-26学年高二上江苏南京·期中)在正方体ABCD-A1B,C1D1中,异面直线AC与BC1所成的
角为(
)
A.30°
B.45°
C.60°
D.90°
2.(25-26学年高二上·江苏南通期中)在正三棱柱ABC-A1BC1中,AB=AA1=2,则直线A1B与
B,C所成角的余弦值为(
1
1
B.4
C.0
n婴
3.(25-26学年高二上·江苏南京·期中)如图,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD为平行四边形,
213
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让教与学更高效
AD=2AB=4,G为PD中点,点E,F在线段BC上,BE=CF=1.
C
(1)证明:FG1/平面PAE:
(2)若PA⊥平面ABCD,且PA=2,AE⊥BC,求点A到平面EFG的距离.
4.(25-26学年高二上·江苏南通·期中)如图,已知正方形ABCD和矩形ACEF所在平面互相垂直,
AB=3,设AF=tt>0,点M,N分别在线段AD,CD上,且AM=AD,DN=DC
3
3
2B
D
(1)证明:ME⊥BN;
(2)若平面BEM⊥平面EFN,求t的值;
(3)设直线BM与平面EFN相交于点K,求线段EK的长度(用t表示),
3/3