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核心素养提升练四十五利用空间向量证明空间中的位置关系
(25分钟60分)
一、选择题(每小题5分,共25分)
1.设直线l的方向向量为(1,-1,1),平面α的一个法向量为(-1,1,-1),则直线l与平面α的位置关系是 ()
A.l?α B.l∥α
C.l⊥α D.不确定
【解析】选C.因为直线l的方向向量为(1,-1,1),平面α的一个法向量为(-1,1,-1),显然它们共线,所以直线l与平面α的位置关系是垂直即l⊥α.
2.已知平面α,β的法向量分别为μ=(-2,3,-5),v=(3,-1,4),则 ()
A.α∥β
B.α⊥β
C.α,β相交但不垂直
D.以上都不正确
【解析】选C.因为-23≠3-1≠-54,所以μ与v不是共线向量,又因为μ·v=-2×3+3×(-1)+(-5)×4=-29≠0,所以μ与v不垂直,
3.如图,正方形ABCD与矩形ACEF所在平面互相垂直,AB=2,AF=1,点M在EF上且AM∥平面BDE.则M点的坐标为 ()
A.(1,1,1) B.2
C.22,22,
【解析】选C.因为点M在EF上,设ME=x,所以M22x,22x,1,因为A2,2,0,D2,
所以ED=(2,0,-1),EB=(0,2,-1),
AM=22
设平面BDE的法向量n=(a,b,c),
由n·ED=0,
故可取一个法向量n=1,
因为n·AM=0,所以x=1,所以M22
4.已知AB=(1,5,-2),BC=(3,1,z),若AB⊥BC,BP=(x-1,y,-3),且BP⊥平面ABC,则实数x,y,z分别为 ()
A.337,-157,4 B.407,-
C.407,-2,4 D.4,407
【解析】选B.因为AB⊥BC,所以AB·BC=0,所以3+5-2z=0,解得z=4.
又因为BP⊥平面ABC,所以BP⊥AB,BP⊥BC,
所以x-
解得x=407,y=-15
所以x=407,y=-157
5.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.3
【解析】选C.如图,设AB=a,AC=b,AD=c,
则|a|=|b|=|c|=a,且a,b,c三向量两两夹角为60°.
AE=12(a+b),AF=12
所以AE·AF=12(a+b)·1
=14(a·c+b·c)=14(a2cos60°+a2cos60°)=14
二、填空题(每小题5分,共15分)
6.设平面α与向量a=(-1,2,-4)垂直,平面β与向量b=(-2,4,-8)垂直,则平面α与β位置关系是________.?
【解析】因为2a=b,所以a∥b.因为平面α与向量a垂直,所以平面α与向量b也垂直.而平面β与向量b垂直,所以α∥β.
答案:平行
7.如图,四边形ABCD和ADPQ均为正方形,它们所在的平面互相垂直,动点M在线段PQ上,E,F分别为AB,BC的中点.设异面直线EM与AF所成的角为θ,则cosθ的最大值为________.?
【解析】如图,建立空间坐标系,
设正方形的边长为2,则A(0,0,0),F(2,1,0),E(1,0,0),
设M(0,m,2)(0≤m≤2),
则AF=(2,1,0),
ME=(1,-m,-2),
cosθ=2-m5×5+m2,令t=2-
cosθ=15×1
15×159
答案:2
8.如图,在空间直角坐标系中有直三棱柱ABC-A1B1C1,CA=CC1=2CB,则直线BC1与直线AB1夹角的余弦值为________.?
【解析】不妨设CA=CC1=2CB=2,则A(2,0,0),B1(0,2,1),B(0,0,1),C1(0,2,0),所以AB1=(-2,2,1),BC1=(0,2,-1),所以直线BC1与直线AB1夹角θ的余弦值是cosθ=|0+2×2+1×(-1)|4+4+1×0+4+1=335
答案:5
三、解答题(每小题10分,共20分)
9.如图所示,在多面体A1B1D1DCBA中,四边形AA1B1B,ADD1A1,ABCD均为正方形,E为B1D1的中点,过A1,D,E的平面交CD1于
(1)证明:EF∥B1C.
(2)求二面角E-A1D-B1的余弦值.
【解析】(1)因为A1D∥B1C,A1D?平面A1DE,B1C?平面A1DE,所以B1C∥平面A1DE,又B1C?平面B1CD1,平面A1DE∩平面B1CD1=EF,所以EF∥B1C.
(2)设正方形边长为1,以A为原点,分别以AB,AD,AA1为x轴,y轴,z轴建立空间直角坐标系,则A(0,0,0),B(1,0,0),D(0,1,0),A1(0,0
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