数学人教A版(2019)选择性必修第一册第一章单元测试2
第I卷(选择题)
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一、单选题
1.在三棱锥中,,,,若,,则( )
A. B. C. D.
2.如图,在边长为的正方体中,( )
A.2 B.1 C. D.
3.已知正方体的棱长为2,点E,F在平面内,若,,则下列选项中错误的是( )
A.点E的轨迹是圆的一部分 B.点F的轨迹是一条线段
C.的最小值为 D.与平面所成角的正弦值的最大值为
4.在空间四边形OABC中,,,,点M在线段OA上,且,N为BC的中点,则等于( )
A. B.
C. D.
5.在正方体ABCD-A1B1C1D1中,点E为BB1的中点,则平面A1ED与平面ABCD所成角的正弦值为( )
A. B. C. D.
6.如图所示,正方体中,M是的中点,则的值为( )
A. B. C. D.
7.在四面体中,,,,且,,则等于( )
A. B. C. D.
8.如图,在正四面体中,、分别是、的中点,、分别是、的中点,则( )
A.直线与垂直,直线平面
B.直线与垂直,直线与平面相交
C.直线与异面且不垂直,直线平面
D.直线与异面且不垂直,直线与平面相交
9.在下列条件中,使与,,一定共面的是( )
A. B.
C. D.
10.已知三维数组,,且,则实数k的值为( )
A.-2 B.2 C. D.-9
11.在正方体中,F,G分别为的中点,则( )
A. B.
C. D.
12.如图,在正方体中,点E是上底面的中心,则异面直线与所成角的余弦值为( )
A. B. C. D.
第II卷(非选择题)
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二、填空题
13.已知正四面体ABCD中,E,F分别是线段BC,AD的中点,点G是线段CD上靠近D的四等分点,则直线EF与AG所成角的余弦值为______.
14.如图,四边形为直角梯形,且,为正方形,且平面平面,,,,则______,直线与平面所成角的正弦值为______.
15.已知正三棱锥A PBC的侧棱AP,AB,AC两两垂直,D,E分别为棱PA,BC的中点,则异面直线PC与DE所成角的余弦值为________.
16.在空间直角坐标系中,点与点关于坐标原点对称,则______.
三、解答题
17.如图,平面,四边形是矩形,四边形为直角梯形,,,,.
(1)求证:平面;
(2)求平面与平面夹角的大小.
18.如图,在四棱锥中,底面是边长为2的菱形,,为的中点,.
(1)求证:平面平面;
(2)求点A到平面的距离.
19.如图,直棱柱底面是菱形,点E,F分别在棱,上,且,.
(1)求证:,,,四点共面;
(2)若,求平面和平面的夹角的余弦值.
20.如图1,在梯形ABCD中,,,AB=4,,CD=7,点E在CD上,CE=3.将沿AE翻折到PAE,使得平面平面ABCE(如图2),又于M,于N.
(1)证明:平面平面AMN;
(2)求二面角P-AM-N的余弦值.
21.如图,是圆的直径,圆所在的平面,为圆周上一点,为线段的中点,,.
(1)证明:平面平面.
(2)若为的中点,求二面角的余弦值.
22.已知平行六面体中,底面是边长为1的正方形,,.
(1)求;
(2)求.
试卷第1页,共3页
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参考答案
1.B
【分析】
根据空间向量的基本定理及向量的运算法则计算即可得出结果.
【详解】
连接,因为,所以,
因为,所以,
所以,
故选:B
2.A
【分析】
,再根据空间向量的数量积,即可得解.
【详解】
解:在正方体中,平面,
所以,
所以.
故选:.
3.D
【分析】
根据圆的定义、线面垂直的判定定理,结合圆的性质,空间向量夹角公式逐一判断即可.
【详解】
对于A,,即,所以,即点E在平面内,以为圆心,1为半径的圆上,其轨迹为圆的一部分,故A正确.
对于B,正方体中,,又,且,所以平面,所以点F在上,即F的轨迹为线段,故B正确.
对于C,在平面内,到直线的距离,如图1,当点E,F落在上时,,故C正确.
对于D,建立如图2所示的空间直角坐标系,则.
因为点E为在平面内,以为圆心,1为半径的圆上,可设,所以.
设平面的法向量,则
不妨令,则.
设与平面所成角为,
则,
当且仅当时,有最大值,故D错误.
故选:D
【点睛】
关键点睛:利用空间夹角公式进行求解是解题的关键.
4.B
【分析】
根据空间向量的加减法和数乘运算求解即可.
【详解】
故选:B
5.B
【分析】
建立直角坐标系,用空间向量求解两平面的夹角.
【详解】
以A为原点,AB,AD,AA1所在直线分别为x轴,y轴,z轴,建立如图所示的空间直角坐标系,设棱长为1,则,,,
∴,
设平面A1ED的法向量为,
则有 令得:,
∴.
∵平面ABCD的法向量为,
∴,则,
故平面A1ED与平面ABCD所成角的正弦值为.
故选:B
6.B
【分析】
如图建立空间直角坐标系,利用空间向量求解即可
【详解】
如图,以为坐标原点,分别以所在的直线为轴建立空间直角坐标系,设正方体的棱长为2,则,
所以,
所以,
所以为锐角,
所以,
故选:B
7.B
【分析】
根据空间向量的线性运算即可求解.
【详解】
解:由题知,
故选:B.
8.C
【分析】
将正四面体补成正方体,设,则,以点为坐标原点,、、所在直线分别为、、轴建立空间直角坐标系,利用空间向量法可判断各选项的正误.
【详解】
将正四面体补成正方体,设,则,
以点为坐标原点,、、所在直线分别为、、轴建立如下图所示的空间直角坐标系,
则、、、、、、.
,,则,
结合图形可知,直线与异面且不垂直,
设平面的法向量为,,,
由,取,可得,
因为,故,则,
平面,故平面,
故选:C.
9.C
【分析】
根据四点共面的条件对选项逐一分析,由此确定正确选项.
【详解】
解:与,,一定共面的充要条件是,
对于A选项,由于,故不共面,错误;
对于B选项,由得,由于,故不共面,错误;
对于C选项,由得,即,由于,满足,故共面,正确;
对于D选项,由于,故不共面,错误;
故选:C
10.B
【分析】
根据两个向量垂直可得其数量积为,然后解方程即可
【详解】
根据,可得:
则有:
解得:
故选:
11.C
【分析】
根据空间向量加法的运算法则,结合共线向量的性质进行求解即可.
【详解】
.
故选:C
12.B
【分析】
建立空间直角坐标系,利用向量夹角求解.
【详解】
以为原点,为轴正方向建立空间直角坐标系如图所示,设正方体棱长为2,
所以,
所以异面直线与所成角的余弦值为.
故选:B
13.
【分析】
建立空间直角坐标系,令正四面体的棱长为,即可求出点的坐标,从而求出异面直线所成角的余弦值;
【详解】
解:如图建立空间直角坐标系,令正四面体的棱长为,则,所以,所以,所以,,,,,设,因为,所以,所以,所以,,设直线与所成角为,则
故答案为:
14.. .
【分析】
以点为坐标原点,,,所在直线分别为轴,轴,轴建立空间直角坐标系,根据空间向量的线性运算求得向量的坐标,由此求得,由线面角的空间向量求解方法求得答案.
【详解】
解:以点为坐标原点,,,所在直线分别为轴,轴,轴建立空间直角坐标系(如下图所示).
由题意可知,,,.
因为,,所以,故.
设平面的法向量为,则,令,得.
因为,所以直线与平面所成角的正弦值为.
故答案为:;.
15.
【分析】
依题意建立空间直角坐标系,可得所求值.
【详解】
设,以为坐标原点,分别为轴,轴,轴的正方向,建立空间直角坐标系,则,,,,
所以,,
,
故异面直线PC与DE所成角的余弦值为.
故答案为:
16.
【分析】
根据对称得到,计算得到答案.
【详解】
点与点关于坐标原点对称,
则,故.
故答案为:.
17.
(1)证明见解析
(2)
【分析】
(1)结合已知条件,建立空间直角坐标系,利用线面平行的判定定理,求出与平面的一个法向量垂直即可证明;(2)结合已知条件,分别求出平面与平面的法向量,然后利用面面角的空间向量公式即可求解.
(1)
证明:以为坐标原点,、和分别为轴、轴和轴,建立如图所示的空间直角坐标系:
由已知可得,,,,,,
,,
依题意为平面的一个法向量,
又,所以,又平面,
所以平面
(2)
设平面的一个法向量为,
又,,
则即
令,可得,
依题意为平面的一个法向量
设平面与平面的夹角为,
,
又,所以,即平面与平面的夹角为.
18.
(1)证明见详解
(2)
【分析】
(1)由面面垂直判定定理出发,进行逆向分析,通过线面垂直、线线垂直之间的关系,结合已知条件进行不断转化可证;
(2)借助第一问寻找两两垂直的直线为坐标轴建立空间直角坐标系,利用向量求解即可.
(1)
连接BD,记AD中点为O,连接OF,
为菱形
O、F分别为AD、AB的中点
又平面POF,OF平面POF
平面POF
平面POF
又平面ABCD,AC平面ABCD
平面ABCD
平面PAD
平面PAD平面ABCD
(2)
因为AB=AD,
所以为正三角形
由(1)可知AD、OB、PO两两垂直,于是如图建立空间直角坐标系,
则
所以
设向量为平面PDF的法向量,
则,取,得
所以点A到平面PDF的距离.
19.
(1)证明见解析
(2)
【分析】
(1)在BB1上取一点G,使得,连结EG,,通过证明四边形是平行四边形,以及四边形是平行四边形得到,进而可得结论;
(2)连接AC,BD交于点O,如图建立空间直角坐标系,求出平面和平面的法向量,求其夹角的余弦值即可得答案.
(1)
证明:在上取一点G,使得,连结EG,,
因为且,所以四边形是平行四边形,
则且,
又因为且,
则且
所以四边形是平行四边形,
则,
由,则且,
所以四边形是平行四边形,
则,所以,
故,,,四点共面;
(2)
连接AC,BD交于点O,如图建立空间直角坐标系,
则,
,
设面平面的法向量为,平面的法向量为,
则,,
不妨设,则,
,
所以平面和平面的夹角的余弦值为.
20.
(1)证明解解析.
(2)
【分析】
(1)在平面图中先证明,即空间图2中,根据条件再证明 平面,从而得到,从而证明平面,得到,再证明平面,从而可证明结论.
(2) 由(1)可知平面ABCE,在平面ABCE内过作,以分别为轴建立如图所示的空间直角坐标系,利用向量法求解即可.
(1)
在平面图1中,连结,过点作, 垂足为
由题意, 则四边形为平行四边形
所以
又
在和中,由勾股定理得:
所以,则,即空间图2中
由平面平面ABCE,平面平面ABCE ,
所以平面ABCE,又平面ABCE,则
又,所以 平面
又 平面,所以,又
且,所以平面,且平面
所以,又,且
所以平面,且平面
所以平面平面AMN
(2)
由(1)可知平面ABCE,在平面ABCE内过作
以分别为轴建立如图所示的空间直角坐标系.
则
由(1)可知平面,则为平面的一个法向量.
平面,则为平面的一个法向量.
则
所以二面角P-AM-N的余弦值为
21.
(1)证明见解析
(2)
【分析】
(1)先证明平面得,再根据几何关系得,进而得平面,最后结合判定定理即可证明;
(2)根据题意,以为原点,分别以,的方向为轴、轴的正方向建立如图所示的空间直角坐标系,利用坐标法求解即可.
(1)
证明:因为圆所在的平面,即平面,
而平面,所以.
因为是圆的直径,为圆周上一点,
所以.
又,
所以平面,而平面,
则,
因为,,
所以.又,
所以,而为线段的中点,
所以.
又,
所以平面,
而平面,故平面平面.
(2)
解:以为原点,分别以,的方向为轴、轴的正方向建立如图所示的空间直角坐标系.
不妨设,则,,,,,.
设平面的法向量为,
则令,得.
由(1)知平面的一个法向量为,
设二面角为,易知为锐角,则,
即二面角的余弦值为.
22.
(1)3
(2)
【分析】
根据空间向量基本定理将所求问题转化为基向量进行计算即可.
(1)
设,,,
由题意得:,,,,,,
;
(2)
答案第1页,共2页
答案第1页,共2页