1.1空间向量及其运算 同步练习2023——2024学年上学期高二数学人教A版(2019)选择性必修1(含解析)

文档属性

名称 1.1空间向量及其运算 同步练习2023——2024学年上学期高二数学人教A版(2019)选择性必修1(含解析)
格式 docx
文件大小 1.5MB
资源类型 教案
版本资源 人教A版(2019)
科目 数学
更新时间 2023-11-22 16:16:02

图片预览

文档简介

1.1空间向量及其运算同步练习
学校:___________姓名:___________班级:___________考号:___________
一、单选题
1.在三棱柱中,( )
A. B. C. D.
2.《九章算术》中,将四个面都为直角三角形的四面体称为鳖臑.在如图所示的鳖臑中,平面,,,E是BC的中点,H是内的动点(含边界),且平面,则的取值范围是( )
A. B. C. D.
3.如图,空间四边形中,,,,点在线段上,且,点为中点,则( )

A. B.
C. D.
4.已知,若三向量共面,则等于( )
A. B.9 C. D.
5.平行六面体中,,,,,则线段的长度是( )
A. B. C. D.
6.一物体在力F的作用下,由点A(2,1,-1)移动到点B(7,0,1),若,则对该物体所做的功为( )
A.21 B.23 C.25 D.27
7.正四面体的棱长为,若点是该正四面体外接球球面上的一动点,则的最大值为( )
A. B. C. D.
8.已知是空间两个不共线的向量,,那么必有( )
A.共线 B.共线
C.共面 D.不共面
二、多选题
9.下列说法正确的是( )
A.设是两个空间向量,则一定共面
B.设是三个空间向量,则一定不共面
C.设是两个空间向量,则
D.设是三个空间向量,则
10.在以下命题中,正确的命题有( ),
A.若,则是钝角
B.若,则存在唯一的实数,使
C.对空间任意一点和不共线的三点,,,若,则,,,四点共面
D.若为空间的一个基底,则构成空间的另一个基底
11.如图,直四棱柱中,底面ABCD为平行四边形,,,点P是经过点的半圆弧上的动点(不包括端点),点Q是经过点D的半圆弧上的动点(不包括端点),则下列说法正确的是( )

A.四面体PBCQ的体积的最大值为
B.的取值范围是
C.若二面角的平面角为,则
D.若三棱锥的外接球表面积为S,则
12.已知空间单位向量两两之间的夹角均为,则下列说法中正确的是( )
A. B.
C. D.
三、填空题
13.已知,是空间单位向量,,若空间向量满足,且对于任意的最小值为1,则 .
14.在四棱柱中,若底面是边长为1的正方形,,,则四棱柱对角线的长为 .
15.如图所示,在棱长均为的平行六面体中,,点为与的交点,则的长为 .

16.如图,是边长为的正三角形的一条中位线,将沿翻折至,当二面角的大小为时,则 ;四棱锥外接球的表面积为 .

四、解答题
17.如图,在三棱柱中,,分别是,上的点,且,设,,.

(1)试用 表示向量;
(2)若,,,求线段的长.
18.如图,已知正方体的棱长为4,M,N,G分别是棱,BC,的中点,设Q是该正方体表面上的一点,若.

(1)求点Q的轨迹围成图形的面积;
(2)求的最大值.
19.已知是空间中的三个单位向量, 且, . 若,, .
(1)求;
(2)求和夹角的余弦值.
20.如图,在三棱锥中,,,,,的中点分别为,,点在上,.

(1)证明:平面;
(2)证明:平面平面;
21.如图,在空间四边形OABC中,E是线段BC的中点.
(1)设,,,试用,,表示向量;
(2)若,,,,,求OE和AB所成角的余弦值.
22.《九章算术》中将四个面都为直角三角形的四面体称为鳖臑.如图,在鳖臑中,平面,平面,为的中点,.

(1)设,,,用,,表示;
(2)若求.
第1页 共4页 ◎ 第2页 共4页
第1页 共4页 ◎ 第2页 共4页
参考答案:
1.A
【分析】先计算向量的减法,然后再计算加法,由此可得结果.
【详解】因为,
所以,
故选:A.
2.B
【分析】依题意作出图形,利用面面平行的判定定理可得平面平面,再由线面垂直的判定定理可得平面,进而有,,结合空间向量的数量积运算即可求解.
【详解】设F,G分别为AB,BD的中点,连接FG,EF,EG,如图,
易得,,,
因为平面,平面,所以平面,
同理平面,
又因为平面,,所以平面平面.
因为平面,所以H为线段FG上的点.
由平面,平面,得,
又,则,
由平面,得平面,
因为,所以平面,,.
因为,
所以,,.
所以
.
因为,所以.
故选:B.
【点睛】关键点睛:本题解决的关键是推得H为线段FG上的点,从而利用空间向量数量积的定义得到,从而得解.
3.D
【分析】结合向量的加法与减法线性运算,将表示成以为基底的向量,进而得解.
【详解】由题可知,,又因为为中点,所以,
.
故选:D
4.D
【分析】根据题意利用空间向量共面定理列方程求解即可
【详解】∵,,共面,
∴设(为实数),即,
∴,解得.
故选:D.
5.D
【分析】根据,根据向量数量积的定义和运算律可求得,由此可得结果.
【详解】


,即线段的长度为.
故选:D.
6.D
【分析】根据做功的意义,运用数量积的坐标表示计算即可.
【详解】由题意可得,,
因为,
所以.
故选:.
7.C
【分析】作出几何图,得出点的位置,即可求出的最大值.
【详解】由题意,
如图所示, 设点 为正四面体 的外接球球心,

则 , 且

当与同向时, 的值最大,

,,
∴,,
∴,
故选:C.
8.C
【分析】利用空间向量的共线定理与共面定理.
【详解】若共线,则,
又,则共线,
与条件矛盾,故A错误;
同理若共线,则,
又,则共线,
与条件矛盾,故B错误;
根据空间向量的共面定理可知共面,即C正确,D错误.
故选:C
9.AD
【分析】由空间向量的相关知识逐一判断各选项即可.
【详解】对于A,因为空间向量可以平移,所以任意两个空间向量都是共面的,故A正确;
对于B,因为空间向量可以平移,所以空间中三个向量可能共面,故B错误;
对于C,设的夹角为,则,故C错误;
对于D,因为向量的数量积满足分配律,所以,故D正确.
故选:AD.
10.CD
【分析】选项A考虑共线反向的情况;选项B考虑有一个向量是零向量的情况;选项CD利用向量共面的条件证明即可.
【详解】对于A,若共线且反向时,,但是平角,故A错误;
对于B,若,则,但不存在实数,使,故B错误;
对于C,对空间任意一点和不共线的三点,,,若,,,四点共面,可设,

整理
因为,
所以,,,四点共面,故C正确;
对于D,假设共面,设
因为为空间的一个基底,可得,该方程组无解,
假设不成立,故D正确
故选:CD
11.ACD
【分析】根据棱锥的体积公式可判断A;根据向量的相等以及数量积的定义可判断B;结合二面角平面角定义找出,结合解直角三角形判断C;确定三棱锥的外接球球心位置,列等式求得半径表达式,求得其取值范围,即可求出三棱锥外接球表面积取值范围,判断D.
【详解】由题意知在直四棱柱中,半圆弧经过点D,故,
点P到底面的距离为,
当点Q位于半圆弧上的中点时最大,即四面体PBCQ体积最大,
则 ,故A正确;
由于,则,
又在中, ,
故,
因为,所以,则 ,故B错误;
因为平面,平面,故,而,
平面,故平面,平面,
故,所以是二面角的平面角,

则,因为 ,所以,故C正确;
设线段BC的中点为N, 线段的中点为K,则三棱锥的外接球球心O在NK上,
在四边形中,,,
设,在中,在中,
故,
整理得,所以 ,所以外接球的表面积为,D正确,
故选:ACD
【点睛】难点点睛:解答本题的难点在选项D的判断,解答时要发挥空间想象,明确空间的点线面位置关系,确定外接球球心位置,进而找出等量关系,求得球的半径取值范围,即可求解球表面积取值范围.
12.BC
【分析】根据空间向量的运算法则和向量的夹角公式依次计算即可.
【详解】由单位向量两两夹角均为,故,故A错误;
,故B正确;
由,得.由,
得,所以,

,故C正确;

所以,故,故D错误.
故选:BC.
13.
【分析】将平方后利用基本不等式和配方得最小值为,与已知最小值相等可得.
【详解】

当且仅当时,取得最小值,
故,,
故答案为:
14.
【分析】由空间向量线性运算及数量积的定义及性质运算即可得答案.
【详解】如图,

可得.

.
故答案为:
15.
【分析】根据向量法求得的长.
【详解】,
所以
,
所以.
故答案为:
16. / /
【分析】画出图形,把分解表示为,根据已知条件可以求得的模长从而由模长公式即可求出;画出图形,先找出底面所在圆的圆心并求出相应的半径,然后通过待定系数来确定四棱锥外接球球心位置和相应的半径,从而即可求解.
【详解】如图所示:

如图所示:取的中点为,
因为是边长为的正三角形的一条中位线,
所以,,

由题意可知是由沿翻折而成,
所以,
又面面,
所以二面角即为,
由题意可知,
所以

所以

如图所示:

连接,因为是边长为的正三角形的三条边的三个中点,
所以,
所以,
所以四点共圆,且为该圆的圆心,
因此四棱锥外接球球心一定在过点且垂直于面的直线上,设为点,
则有,
由题意点的投影一定在直线上,不妨设为点,即,
过作,
不妨设,则,
又在中,,
所以,

又,
所以,解得,
所以四棱锥外接球半径的平方为,
所以四棱锥外接球的表面积为.
综上所述:当二面角的大小为时,则;四棱锥外接球的表面积为.
故答案为:;.
【点睛】关键点点睛:第一空的关键是利用空间向量的模长公式,解决第二空的关键是要熟练的作出图形中的辅助线,利用数形结合来确定圆心或球心的位置,从而求出相应的半径.
17.(1)
(2).
【分析】(1)根据题意,结合空间向量的运算法则,准确化简、运算,即可求解;
(2)根据题意,求得且,结合空间向量的数量积和模的运算,即可求解.
【详解】(1)解:因为,
根据空间向量的运算法则,可得.
(2)解:因为,,,
可得且,

,所以,
即线段的长.
18.(1)
(2)
【分析】(1)根据线线平行得四点共面,进而可得Q的轨迹是正六边形OFNEMG,根据三角形的面积公式即可求解,
(2)根据数量积的几何意义即可结合图形求解最值.
【详解】(1)因为,∴点在平面上,
如图,分别取,,的中点,

连接
因为分别为,的中点,故,
又由正方体可得,,,,
故,,故四边形为平行四边形,故,
故,故四点共面,同理可证四点共面,
故五点共面,同理可证四点共面,
故六点共面,由正方体的对称性可得六边形 为正六边形.
故点的轨迹是正六边形,
因为正方体的棱长为4,所以正六边形的边长为,
所以点的轨迹围成图形的面积是.
(2)如图,根据向量数量积的几何意义可得
当位于时,此时在上的投影最大,


∴的最大值为12.

19.(1);
(2)
【分析】利用空间向量的数量积公式计算即可.
【详解】(1)由已知可得,
所以;
(2)由,
所以和夹角的余弦值为.
20.(1)证明见解析
(2)证明见解析
【分析】(1)设,得到,再由为的中点,得到,结合,列出方程求得,得到为的中点,进而证得,得到,结合线面平行的判定定理,即可求解.
(2)根据题意,求得,得到,进而得到,结合,利用线面垂直的判定定理,证得平面,即可证得平面平面.
【详解】(1)证明:设,则,
所以,
因为为的中点,则,所以,
又因为,则,
因为,

,解得,所以为的中点,
又因为为的中点,所以,
因为分别为的中点,所以,所以,
又因为平面,平面,所以平面.
(2)证明:因为分别为的中点,所以,
所以,
因为,
所以,所以,所以,
因为,则,
又因为,,且平面,
所以平面,
因为平面,所以平面平面.
21.(1)
(2)
【分析】(1)结合向量的平行四边形法则求解即可;(2)利用向量夹角公式求解即可.
【详解】(1),
(2)由(1)知,,,,
,,



,所以,
所以,故和所成角的余弦值为.
22.(1)
(2)
【分析】(1)连接,,由向量的运算表示;
(2)用表示,再由数量积运算求解.
【详解】(1)解:连接,..
因为为的中点,,所以,,
所以;

(2)因为,
所以
因为平面,平面,平面,平面,
所以,,.
又,
所以,
即.
答案第1页,共2页
答案第1页,共2页