高二精选题库 数学7-6北师大版

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第7模块 第6节 [知能演练] 一、选择题 1.在正方体ABCD-A1B1C1D1中,给出以下向量表达式:

①(A1D1→-A1A→)-AB→; ②(BC→+BB1→)-D1C1→; ③(AD→-AB→)-2DD1→; ④(B1D1→+A1A→)+DD1→. 其中能够化简为向量BD1→的是 ( ) A.①② B.②③ C.③④ D.①④

解析:①(A1D1→-A1A→)-AB→=AD1→-AB→=BD1→; ②(BC→+BB1→)-D1C1→=BC1→-D1C1→=BD1→; ③(AD→-AB→)-2DD1→=BD→-2DD1→≠BD1→; ④中(B1D1→+A1A→)+DD1→=B1D→+DD1→=B1D1→≠BD1→, 所以选A. 答案:A 2.如右图,在四棱锥S—ABCD中,底面ABCD是边长为1的正方形,S到A、B、C、D 的距离都等于2,给出以下结论:

①SA→+SB→+SC→+SD→=0; ②SA→+SB→-SC→-SD→=0; ③SA→-SB→+SC→-SD→=0; ④SA→·SB→=SC→·SD→; ⑤SA→·SC→=0. 其中正确结论的个数是 ( ) A.1 B.2 C.3 D.4

解析:容易推出:SA→-SB→+SC→-SD→=BA→+DC→=0, 所以③正确; 又因为底面ABCD是边长为1的正方形, SA=SB=SC=SD=2,

所以SA→·SB→=2·2·cos∠ASB, SC→·SD→=2·2·cos∠CSD,而∠ASB=∠CSD, 于是SA→·SB→=SC→·SD→,因此④正确;其余三个都不正确,故选B. 答案:B 3.已知空间四边形ABCD的每条边和对角线的长都等于a,点E、F分别是BC、AD

的中点,则AE→·AF→的值为 ( )

A.a2 B.12a2

C.14a2 D.34a2 解析:AE→·AF→=12(AB→+AC→)·12AD→=14(AB→·AD→+AC→·AD→)=14(a2cos60°+a2cos60°)=14a2. 答案:C 4.正方体ABCD-A1B1C1D1的棱长为a,点M在AC1→上且AM→=12MC1→,N为B1B的中点,

则|MN→|为 ( )

A.216a B.66a

C.156a D.153a 解析:以D为原点建立如右图所示的空间直角坐标系D-xyz, 则A(a,0,0),C1(0,a,a), N(a,a,a2). 设M(x,y,z) ∵点M在AC1→上且AM→=12MC1→,

∴(x-a,y,z)=12(-x,a-y,a-z) ∴x=23a,y=a3,z=a3 得M(2a3,a3,a3), ∴|MN→|=a-23a2+a-a32+a2-a32 =216a. 答案:A 二、填空题 5.下列命题中不.正确的所有命题的序号是________.

①若A、B、C、D 是空间任意四点,则有AB→+BC→+CD→+DA→=0; ②|a|-|b|=|a+b|是a、b共线的充要条件; ③若a、b共线,则a与b所在直线平行;

④对空间任意点O与不共线的三点A、B、C,若OP→=xOA→+yOB→+zOC→(其中x、y、z∈R),则P、A、B、C 四点共面. 解析:①正确;②不正确,因为a,b共线,不一定有|a|- |b|=|a+b|成立;③不正确,因为a、b共线,也可得a与b所在直线重合;④不正确;

若O∉平面ABC,则OA→、OB→、OC→不共面,由空间向量基本定理知,P可为空间任一点,所以P、A、B、C 四点不一定共面. 答案:②③④ 6.已知三点A(1,0,0),B(3,1,1),C(2,0,1),则

(1)CB→与CA→的夹角等于________; (2)CB→在CA→方向上的投影等于________. 解析:CB→=(1,1,0),CA→=(-1,0,-1).

(1)cos〈CB→,CA→〉=CB→·CA→|CB→||CA→|=-1+0+02·2=-12, ∴〈CB→,CA→〉=2π3; (2)CB→在CA→方向上的投影=CB→·CA→|CA→|=-1+0+02=-22. 答案:(1)2π3 (2)-22 三、解答题 7.已知向量a=(1,-3,2),b=(-2,1,1),O为原点,点A(-3,-1,4),B(-2,-2,2). (1)求|2a+b|;

(2)在直线AB上,是否存在一点E,使得OE→⊥b? 解:(1)2a+b=(2,-6,4)+(-2,1,1)=(0,-5,5), 故|2a+b|=02+-52+52=52. (2)假设存在一点E满足题意

OE→=OA→+AE→=OA→+tAB→=(-3,-1,4)+t(1,-1,-2) =(-3+t,-1-t,4-2t),

若OE→⊥b,则OE→·b=0, 所以-2(-3+t)+(-1-t)+(4-2t)=0,解得t=95,

因此存在点E,使得OE→⊥b, 此时点E的坐标为(-65,-145,25). 8.如右图,在棱长为a的正方体OABC-O1A1B1C1中,E、F分别是棱AB、BC上的动点,且AE=BF=x,其中0≤x≤a,以O为原点建立空间直角坐标系O-xyz.

(1)写出点E、F 的坐标; (2)求证:A1F→⊥C1E→; (3)若A1、E、F、C1四点共面,求证:A1F→=12A1C1→+A1E→. 解:(1)E(a,x,0),F(a-x,a,0). (2)证明:∵A1(a,0,a)、C1(0,a,a), ∴A1F→=(-x,a,-a),C1E→=(a,x-a,-a). ∴A1F→·C1E→=-ax+a(x-a)+a2=0. ∴A1F→⊥C1E→. (3)证明:∵A1、E、F、C1四点共面,

∴A1E→、A1C1→、A1F→共面. 视A1E→与A1C1→为一组基向量,则存在唯一实数对λ1、λ2,使A1F→=λ1A1C1→+λ2A1E→, 即(-x,a,-a)=λ1(-a,a,0)+λ2(0,x,-a)=(-aλ1,aλ1+xλ2,-aλ2),

∴ -x=-aλ1,a=aλ1+xλ2,-a=-aλ2,解得λ1=12,λ2=1. 于是A1F→=12A1C1→+A1E→. [高考·模拟·预测] 1.如右图所示,在平行六面体ABCD-A1B1C1D1中,M为AC与BD的交点,若A1B1→=a,A1D1→=b,A1A→=c,则下列向量中与B1M→相等的向量是 ( )

A.-12a+12b+c B.12a+12b+c C.12a-12b+c D.-12a-12b+c 解法一:B1M→=B1B→+BM→=A1A→+12(BA→+BC→)=c+12(-a+b)=-12a+12b+c,∴选A. 解法二:∵B1M→=B1A1→+A1A→+AM→=(-a)+c+a+b2=-12a+12b+c. 答案:A 2.已知直线AB、CD是异面直线,AC⊥CD,BD⊥CD,且AB=2,CD=1,则异面直线AB与CD所成角的大小为 ( ) A.30° B.45° C.60° D.75° 解析:∵AB→·CD→|AB→|·|CD→|=AC→+CD→+DB→·CD→2×1=CD→22=12.∴AB→与CD→所成角为60°. 答案:C 3.在四面体O-ABC中,OA→=a,OB→=b,OC→=c,D为BC的中点,E为AD的中点,则OE→=________(用a,b,c表示). 解析:OE→=12(OD→+OA→)=12[12(OC→+OB→)+OA→]=12a+14b+14c.

答案:12a+12b+14c 4.如右图,在棱长为1的正方体ABCD-A1B1C1D1中,M、N分别是A1B1和BB1的中点,那么直线AM和CN所成角的余弦值为________.

解析:以D为原点,DA、DC、DD1为x、y、z轴正半轴建立空间直角坐标系, 则A(1,0,0),A1(1,0,1), B1(1,1,1),B(1,1,0),C(0,1,0),

∴M(1,12,1),N(1,1,12),∴AM→=(0,12,1),CN→=(1,0,12),

∴cos〈AM→,CN→〉=AM→·CN→|AM→|·|CN→|=12122+12×12+122=25. 答案:25 5.在▱ABCD中,AB=AC=CD=a,∠ACD=90°,现将它沿对角线AC折成60°的二面角. (1)求B、D两点间的距离; (2)求异面直线AC与BD所成角的大小. 解:(1)∵AB=AC=CD=a,

∴|AB→|=|AC→|=|CD→|=a. ∵AB∥CD,∠ACD=90°. ∴∠BAC=90°, ∴AB⊥AC,AC⊥CD. 由于二面角B-AC-D的度数为60°, ∴〈AB→,CD→〉=60°. ∴AB→·AC→=0,AC→·CD→=0, BA→·CD→=a·a·cos120°=-12a2.

∵BD→=BA→+AC→+CD→, ∴|BD→|2=(BA→+AC→+CD→)2=|BA→|2+|AC→|2+ |CD→|2+2(BA→·AC→+AC→·CD→+CD→·BA→) =a2+a2+a2+2(0+0-12a2)=2a2.

∴|BD→|=2a.故B、D两点间的距离为2a. (2)设异面直线AC与BD所成的角为θ,

则cosθ=|cos〈AC→,BD→〉|=|AC→·BD→|AC→||BD→||. 由于AC→·BD→=AC→·(BA→+AC→+CD→) =AC→·BA→+AC→2+AC→·CD→=0+a2+0=a2,

∴cosθ=|AC→·BD→|AC→||BD→||=|a2a·2a|=22. 由于0°故异面直线AC与BD所成角的大小为45°. [备选精题] 6.如右图所示,在五面体ABCDEF中,FA⊥平面ABCD,AD∥BC∥FE,AB⊥AD,M

为EC的中点,AF=AB=BC=FE=12AD.

(1)求异面直线BF与DE所成的角的大小; (2)证明平面AMD⊥平面CDE; (3)求二面角A-CD-E的余弦值. 解:如题图所示,建立空间直角坐标系,点A为坐标原点.设AB=1,依题意得B(1,0,0),

C(1,1,0),D(0,2,0),E(0,1,1),F(0,0,1),M(12,1,12).