空间中的垂直关系习题
人教版高一数学必修2 空间直线的垂直关系练习题(含答案详解)

必修2 空间中的垂直关系基础知识点一、选择题:1.若斜线段AB是它在平面α上的射影的长的2倍,则AB与平面α所成的角是( ).A.60°B.45°C.30°D.120°2.直线l⊥平面α,直线m⊂α,则( ).A.l⊥mB.l∥mC.l,m异面D.l,m相交而不垂直3.如图所示,PO⊥平面ABC,BO⊥AC,在图中与AC垂直的线段有( ).A.1条B.2条C.3条D.4条4.若平面α⊥平面β,平面β⊥平面γ,则( ).A.α∥γB.α⊥γC.α与γ相交但不垂直D.以上都有可能5.已知长方体ABCDA1B1C1D1,在平面AB1上任取一点M,作ME⊥AB于E,则( ).A.ME⊥平面ACB.ME ⊂平面ACC.ME∥平面ACD.以上都有可能6.如图,设P是正方形ABCD外一点,且PA⊥平面ABCD,则平面PAB与平面PBC、平面PAD的位置关系是( ).A.平面PAB与平面PBC、平面PAD都垂直B.它们两两垂直C.平面PAB与平面PBC垂直,与平面PAD不垂直D.平面PAB与平面PBC、平面PAD都不垂直二、填空题:7.在正方体A1B1C1D1ABCD中,E,F分别是棱AB,BC的中点,O是底面ABCD的中心(如图),则EF与平面BB1O的关系是________.8.若a,b表示直线,α表示平面,下列命题中正确的有________个.①a⊥α,b∥α⇒a⊥b; ②a⊥α,a⊥b⇒b∥α;③a∥α,a⊥b⇒b⊥α;④a⊥α,b⊥α⇒a∥b.9.α、β是两个不同的平面,m、n是平面α及β外的两条不同的直线,给出四个论断:①m⊥n;②α⊥β;③m⊥α;④n⊥β.以其中三个论断作为条件,余下的一个论断作为结论,写出你认为正确的一个命题________.10.如图,正方体ABCDA1B1C1D1中,截面C1D1AB与底面ABCD所成二面角C1ABC的大小为________.三、解答题:11.如图所示,在Rt △AOB 中,∠ABO=π6,斜边AB=4,Rt △AOC 可以通过Rt △AOB 以直线AO 为轴旋转得到,且二面角BAOC 是直二面角,D 是AB 的中点.求证:平面COD ⊥平面AOB.12.如图,在四棱锥P ABCD 中,底面ABCD 是正方形,侧棱PD ⊥底面ABCD ,PD=DC ,E 是PC 的中点,作EF ⊥PB 交PB 于点F.(1)求证:PA ∥平面EDB ;(2)求证:PB ⊥平面EFD.综合提高1.已知l ,m ,n 为两两垂直的三条异面直线,过l 作平面α与直线m 垂直,则直线n 与平面α的关系是( ).A.n ∥αB.n ∥α或n ⊂αC.n ⊂α或n 与α不平行D.n ⊂α2.已知平面α⊥平面β,α∩β=l ,点A ∈α,A ∉l ,直线AB ∥l ,直线AC ⊥l ,直线m ∥α,m ∥β,则下列四种位置关系中,不一定成立的是( ).A.AB ∥mB.AC ⊥mC.AB ∥βD.AC ⊥β3.一个二面角的两个半平面分别垂直于另一个二面角的两个半平面,那么这两个二面角( ).A.相等B.互补C.相等或互补D.关系无法确定4.如图,正方形SG1G2G3中,E,F分别是G1G2,G2G3的中点,现在沿SE,SF,EF 把这个正方形折成一个四面体,使G1、G2、G3重合,重合后的点记为G.给出下列关系:①SG⊥平面EFG;②SE⊥平面EFG;③GF⊥SE;④EF⊥平面SEG.其中成立的有( ).A.①②B.①③C.②③D.③④5.如果三棱锥的三个侧面两两相互垂直,则顶点在底面的正投影是底面三角形的________心.6.已知三棱柱ABCA1B1C1的侧棱与底面边长都相等,若A1在底面ABC内的射影为△ABC的中心,则AB1与ABC底面所成的角的正弦值等于________.7.将正方形ABCD沿对角线BD折成直二面角ABDC,有如下四个结论:①AC⊥BD;②△ACD是等边三角形;③AB与平面BCD成60°的角;④AB与CD 所成的角为60°.其中真命题的编号是________(写出所有真命题的编号).8.如图,A、B、C、D为空间四点,在△ABC中,AB=2,AC=BC=2,等边三角形ADB以AB为轴运动,当平面ADB⊥平面ABC时,则CD=________.9.如图所示,四边形ABCD为正方形,SA垂直于四边形ABCD所在的平面,过点A且垂直于SC的平面分别交SB,SC,SD于点E,F,G.求证:AE⊥SB,AG⊥SD.10.如图,在四棱锥P-ABCD中,PO⊥面ABCD,PD=DC=BC=1,AB=2,AB∥DC,∠BCD=90°.(1)求证:PC⊥BC.(2)求点A到平面PBC的距离.11.如图,已知平面PAB⊥平面ABC,平面PAC⊥平面ABC,AE⊥平面PBC,E为垂足.(1)求证:PA⊥平面ABC;(2)当E为△PBC的垂心时,求证:△ABC是直角三角形.12.(创新拓展)已知△BCD 中,∠BCD=90°,BC=CD=1,AB ⊥平面BCD ,∠ADB=60°,E ,F 分别是AC ,AD 上的动点,且AE AC =AF AD=λ(0<λ<1). (1)求证:不论λ为何值,总有平面BEF ⊥平面ABC ;(2)当λ为何值时,平面BEF ⊥平面ACD?参考答案基础篇1.答案 A ;解析 斜线段、垂线段以及射影构成直角三角形.如图所示,∠ABO即是斜线AB 与平面α所成的角,又AB=2BO ,所以cos ∠ABO=OB AB =12.所以∠ABO=60°.故选A.2.答案 A ;解析 无论l 与m 是异面,还是相交,都有l ⊥m ,考查线面垂直的定义,故选A.3.答案 D ;解析 ∵PO ⊥平面ABC ,∴PO ⊥AC ,又∵AC ⊥BO ,∴AC ⊥平面PBD , ∴平面PBD 中的4条线段PB ,PD ,PO ,BD 与AC 垂直.4.答案 D ;解析 以正方体为模型:相邻两侧面都与底面垂直;相对的两侧面都与底面垂直;一侧面和一对角面都与底面垂直,故选D.5.答案 A ;解析 由于ME ⊂平面AB 1,平面AB 1∩平面AC=AB ,且平面AB 1⊥平面AC ,ME ⊥AB ,则ME ⊥平面AC.6.答案A;解析∵PA⊥平面ABCD,∴PA⊥BC.又BC⊥AB,PA∩AB=A,∴BC⊥平面PAB,∵BC⊂平面PBC,∴平面PBC⊥平面PAB.由AD⊥PA,AD⊥AB,PA∩AB=A,得AD⊥平面PAB.∵AD⊂平面PAD,∴平面PAD ⊥平面PAB.由已知易得平面PBC与平面PAD不垂直,故选A.7.答案垂直;解析由正方体性质知AC⊥BD,BB1⊥AC,∵E,F是棱AB,BC 的中点,∴EF∥AC,∴EF⊥BD,EF⊥BB1,∴EF⊥平面BB1O.8.答案2;解析由线面垂直的性质定理知①④正确.9.答案①③④⇒②或②③④⇒①;解析如图,PA⊥α,PB⊥β,垂足分别为A、B,α∩β=l,l∩平面PAB=O,连接OA、OB,可证明∠AOB为二面角αlβ的平面角,则∠AOB=90°⇔PA⊥PB.10.答案45°;解析∵AB⊥BC,AB⊥BC1,∴∠C1BC为二面角C1ABC的平面角,大小为45°.11.证明:由题意:CO⊥AO,BO⊥AO,∴∠BOC是二面角BAOC的平面角,又∵二面角BAOC是直二面角,∴CO⊥BO,又∵AO∩BO=O,∴CO⊥平面AOB,∵CO⊂平面COD,∴平面COD⊥平面AOB.12.证明:(1)连接AC,AC交BD于点O.连接EO,如图.∵底面ABCD是正方形,∴点O是AC的中点.在△PAC中,EO是中位线,∴PA∥EO.而EO⊂平面EDB且PA⊄平面EDB.所以PA∥平面EDB.(2)∵PD⊥底面ABCD且DC⊂底面ABCD.∴PD⊥DC.∵PD=DC,可知△PDC是等腰直角三角形,而DE是斜边PC的中线,∴DE⊥PC.①同样由PD⊥底面ABCD,得PD⊥BC.∵底面ABCD是正方形,有DC⊥BC,∴BC⊥平面PDC.而DE⊂平面PDC,∴BC⊥DE.②由①和②推得DE⊥平面PBC.而PB⊂平面PBC,∴DE⊥PB.又EF⊥PB且DE∩EF=E,∴PB⊥平面EFD.综合提高1.答案A;解析∵l⊂α,且l与n异面,∴n⊄α,又∵m⊥α,n⊥m,∴n ∥α.2.答案D;解析如图,AB∥l∥m,AC⊥l,m∥l⇒AC⊥m,AB∥l⇒AB∥β.故选D.3.答案D;解析如图所示,平面EFDG⊥平面ABC,当平面HDG绕DG转动时,平面HDG始终与平面BCD垂直,所以两个二面角的大小关系不确定,因为二面角HDGF 的大小不确定.4.答案B;解析由SG⊥GE,SG⊥GF,得SG⊥平面EFG,排除C、D;若SE⊥平面EFG,则SG∥SE,这与SG∩SE=S矛盾,排除A,故选B.5.答案垂;解析三棱锥的三个侧面两两相互垂直,则三条交线两两互相垂直,可证投影是底面三角形的垂心.6.答案:23;解析由题意知,三棱锥A1ABC为正四面体(各棱长都相等的三棱锥),设棱长为a ,则AB 1=3a ,棱柱的高A 1O=63a(即点B 1到底面ABC 的距离),故AB 1与底面ABC 所成的角的正弦值为A 1O AB 1=23.' 7.答案 ①②④;解析 本题主要考查了空间直线与直线、直线与平面的夹角.8.答案 2;解析 取AB 的中点E ,连接DE ,CE ,因为△ADB 是等边三角形,所以DE ⊥AB.当平面ADB ⊥平面ABC 时,因为平面ADB ∩平面ABC=AB ,所以DE ⊥平面ABC.又CE ⊂平面ABC 可知DE ⊥CE. 由已知可得DE=3,EC=1,在Rt △DEC 中,CD=DE 2+CE 2=2.9.证明 因为SA ⊥平面ABCD ,所以SA ⊥BC.又BC ⊥AB ,SA ∩AB=A ,所以BC ⊥平面SAB ,又AE ⊂平面SAB ,所以BC ⊥AE.因为SC ⊥平面AEFG ,所以SC ⊥AE.又BC ∩SC=C ,所以AE ⊥平面SBC ,所以AE ⊥SB.同理可证AG ⊥SD.10.(1)证明 因为PD ⊥平面ABCD ,BC ⊂平面ABCD ,所以PD ⊥BC.因为∠BCD=90°,所以BC ⊥CD.又PD ∩CD=D ,所以BC ⊥平面PCD.而PC ⊂平面PCD ,所以PC ⊥BC.(2)解 如图,过点A 作BC 的平行线交CD 的延长线于E ,过点E 作PC 的垂线,垂足为F ,则有AE ∥平面PBC ,所以点A 到平面PBC 的距离等于点E 到平面PBC 的距离.又EF ⊥PC ,BC ⊥平面PCD ,则EF ⊥BC.BC ∩PC=C ,所以EF ⊥平面PBC.EF 即为E 到平面PBC 的距离.又因为AE ∥BC ,AB ∥CD ,所以四边形ABCE 为平行四边形.所以CE=AB=2. 又PD=CD=1,PD ⊥平面ABCD ,CD ⊂平面ABCD.所以PD ⊥CD ,∠PCD=45°. 所以EF= 2.即点A 到平面PBC 的距离为 2.11.证明 (1)在平面ABC 内取一点D ,作DF ⊥AC 于F ,∵平面PAC ⊥平面ABC ,且交线为AC ,∴DF ⊥平面PAC.又∵PA ⊂平面PAC ,∴DF ⊥PA.作DG ⊥AB 于G ,同理可证DG ⊥PA.∵DG ∩DF=D ,∴PA ⊥平面ABC.(2)连接BE 并延长交PC 于H.∵E 是△PBC 的垂心,∴PC ⊥BH ,又AE ⊥平面PBC ,故AE ⊥PC ,且AE ∩BE=E ,∴PC ⊥平面ABE.∴PC ⊥AB.又∵PA ⊥平面ABC ,∴PA ⊥AB ,且PA ∩PC=P ,∴AB ⊥平面PAC ,∴AB ⊥AC ,即△ABC 是直角三角形. 12.(1)证明 ∵AB ⊥平面BCD ,∴AB ⊥CD.∵CD ⊥BC 且AB ∩BC=B ,∴CD ⊥平面ABC.又∵AE AC =AF AD=λ(0<λ<1),∴不论λ为何值,恒有EF ∥CD ,∴EF ⊥平面ABC. 又EF ⊂平面BEF ,∴不论λ为何值恒有平面BEF ⊥平面ABC.(2)解 由(1)知,EF ⊥BE ,又平面BEF ⊥平面ACD ,∴BE ⊥平面ACD ,∴BE ⊥AC. ∵BC=CD=1,∠BCD=90°,∠ADB=60°,AB ⊥平面BCD ,∴BD=2,AB=2tan 60°= 6.AC=AB 2+BC 2=7, 由AB 2=AE ·AC 得AE=67,∴λ=AE AC =67,故当λ=67时,平面BEF ⊥平面ACD.。
专题4:立体几何中垂直关系的证明基础练习题

12.证明见解析
【分析】
在等腰三角形PAB中, 是 的中点,可得 ,利用线面垂直的判定定理可证 平面 ,利用线面垂直的性质定理,即可得证.
【详解】
证明:∵ 是 的中点, ,
∴ ,
∵ 底面 ,
∴ ,
又∵ ,即
∴ 平面 ,
∴ ,
∵ 平面 , 平面 ,
∴ 平面 ,
∵ 平面 ,
∴ .
8.证明见解析
【分析】
由平面 ⊥平面 得到 ⊥平面 ,进一步得到 ⊥ ,再结合直径所对圆周角为直角得到 ⊥ , ⊥平面 ,从而得到证明.
【详解】
由题设知,平面 ⊥平面 ,交线为 .
因为 ⊥ , 平面 ,所以 ⊥平面 ,故 ⊥ .
因为 为 上异于 , 的点,且 为直径,所以 ⊥ .
又 = ,所以 ⊥平面 .
∴点O为三角形ABC的垂心,∴BO⊥AC
又因PO⊥AC,所以AC⊥PBO
故PB⊥AC
考点:证明异面直线垂直.
7.见解析
【分析】
由已知中P为正方形ABCD所在平面外一点,PA⊥面ABCD,结合正方形的几何特征,我们易得到BC⊥平面PAB,由线面垂直的性质得到BC⊥AE,结合已知中AE⊥PB,及线面垂直的判定定理,得到AE⊥平面PBC,最后再由线面垂直的判定定理,即可得到AE⊥PC.
【点睛】
此题考查线面垂直的性质和判定的综合应用,利用线面垂直得线线垂直.
5.证明见解析
【分析】
先证直线 平面 ,再证平面 ⊥平面 .
【详解】
证明:∵ 是圆的直径, 是圆上任一点, , ,
平面 , 平面 ,
,又 ,
平面 ,又 平面 ,
平面 ⊥平面 .
【点睛】
欧式空间练习题

欧式空间练习题欧式空间(Euclidean space)是指以欧几里德几何学为基础的一种空间,其中包含了平面和三维空间。
在欧式空间中,我们可以进行各种几何运算和推理,探索数学中的各种定理和性质。
为了加深对欧式空间的理解和应用,以下将给出一些欧式空间的练习题,并解答相关问题。
题目一:平面上两点坐标求距离已知平面上两点坐标分别为A(2,3)和B(-1,5),求AB两点之间的距离。
解答一:根据两点之间的距离公式,我们可以得出AB两点之间的距离为:d = √((x₂-x₁)² + (y₂-y₁)²)其中,(x₁, y₁)表示A点坐标,(x₂, y₂)表示B点坐标。
代入A(2,3)和B(-1,5)的坐标,计算得:d = √((-1-2)² + (5-3)²)= √((-3)² + 2²)= √(9 + 4)= √13所以,AB两点之间的距离为√13。
题目二:三维空间两点坐标求距离已知三维空间中,点A坐标为(1,2,3),点B坐标为(4,5,6),求AB两点之间的距离。
解答二:同样利用两点之间的距离公式,在三维空间中计算AB两点之间的距离:d = √((x₂-x₁)² + (y₂-y₁)² + (z₂-z₁)²)代入A(1,2,3)和B(4,5,6)的坐标,得:d = √((4-1)² + (5-2)² + (6-3)²)= √(3² + 3² + 3²)= √(9 + 9 + 9)= √27= 3√3所以,AB两点之间的距离为3√3。
题目三:欧式空间的垂直关系判断已知平面上的三个点A(1,2),B(-2,4),C(3,6),判断AB和AC两条线段是否垂直。
解答三:两条线段AB和AC垂直的条件是它们的斜率互为负倒数,即斜率乘积为-1。
我们可以分别计算AB和AC的斜率,然后判断其乘积是否为-1。
线面垂直经典例题及练习题-完整可编辑版

页脚下载后可删除,如有侵权请告知删除!立体几何1.P 点在那么ABC ∆所在的平面外,O 点是P 点在平面ABC 内的射影 ,PA 、PB 、PC两两垂直,那么D 点是那么ABC ∆ 〔 B 〕(A)重心 (B) 垂心 (C)内心 (D)外心2.与两个相交平面的交线平行的直线和这两个平面的位置关系是 〔 A 〕(A)都平行 (B) 都相交 (C) 在两个平面内 (D)至少与其中一个平行3.假设两个平面内分别有一条直线,这两条直线互相平行,那么这两平面的位置关系是〔 A 〕(A)平行 (B) 相交 (C)平行或相交 (D)垂直 4.在空间,下述命题正确的选项是 〔 B 〕(A)假设直线//a 平面M ,直线b a ⊥,那么直线⊥b 平面M (B)假设平面M //平面N ,那么平面M 内任意直线a //平面N(C)假设平面M 与N 的交线为a ,平面M 内的直线a b ⊥,那么N b ⊥ (D)假设平面N 的两条直线都平行平面M ,那么平面N //平面M5.a 、b 表示两条直线,α、β、γ表示三个平面,以下命题中错误的选项是 〔A 〕 (A),,αα⊂⊂b a 且ββ//,//b a ,那么βα// (B)a 、b 是异面直线,那么存在唯一的平面与a 、b 等距 (C) ,,,b a b a ⊥⊂⊥βα那么βα// (D),,,//,βαβγγα⊥⊥⊥b a 那么b a ⊥6.直线l //平面α,αβ⊥,那么l 与平面β的位置关系是 〔 D 〕 (A) l β⊂ (B) //l β (C) l β与相交 (D ) 以上三种情况均有可能 7.直线l ⊥平面α,直线m ⊂平面β,有以下四个命题:①//l m αβ⇒⊥②//l m αβ⊥⇒③//l m αβ⇒⊥④//l m αβ⊥⇒,其中正确的选项是〔D 〕(A) ①② (B) ②④ (C) ③④ (D) ①③8.αβγδ,,,是四个不同的平面,且αγβγαδβδ⊥⊥⊥⊥,,,,那么〔 B 〕 (A)////αβγδ或 (B) ////αβγδ且(C) 四个平面中可能任意两个都不平行 (D) 四个平面中至多有一对平面平行 9.平面α和平面β相交,a 是α内的一条直线,那么〔 D 〕(A) 在β内一定存在与a 平行的直线 (B) 在β内一定存在与a 垂直的直线 (C) 在β内一定不存在与a 平行的直线 (D) 在β内一定不存在与a 垂直的直线页脚下载后可删除,如有侵权请告知删除!10.PA ⊥正方形ABCD 所在平面,垂足为A ,连PB PC PD AC BD ,,、,,那么互相垂直的平面有〔 C 〕(A) 5对 (B) 6对 (C) 7对 (D) 8对12. 如图9-29,P A ⊥平面ABCD ,ABCD 是矩形,M 、N 分别是AB 、PC 的中点. 求证:MN ⊥AB .13. :如图,AS ⊥平面SBC ,SO ⊥平面ABC 于O , 求证:AO ⊥BC .15. 如图,P ∉平面ABC ,PA=PB=PC ,∠APB=∠APC=60°,∠BPC=90 °求证:平面ABC ⊥平面PBC16. 如图:在斜边为AB 的R t △ABC 中,过点A 作PA ⊥平面ABC ,AE ⊥PB 于E ,AF ⊥PC 于F ,〔1〕求证:BC ⊥平面PAC ;〔2〕求证:PB ⊥平面AEF.17. 如图:PA ⊥平面PBC ,AB =AC ,M 是BC 的中点,求证:BC ⊥PM.CFEPBAC BAM P页脚下载后可删除,如有侵权请告知删除!如图,在正三棱柱111C B A ABC -.中,底面ABC 为正三角形,M 、N 、G 分别是棱CC 1、AB 、BC的中点.且AC CC 21=.〔Ⅰ〕求证:CN //平面 AMB 1; 〔Ⅱ〕求证:平面AMG .【本文档内容可以自由复制内容或自由编辑修改内容期待你的好评和关注,我们将会做得更好】。
用2.3.1.2直线与平面垂直的判定习题课03

练 如图在正方体ABCD-A1B1C1D1中,O是底面ABCD的中心,B1H⊥D1O,H 习 为垂足,则B1H与平面AD1C的位置关系是( A )
A.垂直 B.平行 C.斜交 D.以上都不对
解:连结B1D1,BD, ∵几何体是正方体,底面ABCD是正方形, ∴AC⊥BD, 又∵B1B⊥AC, ∴AC⊥平面BDD1B1,B1H⊂平面BDD1B1, ∴AC⊥B1H, ∵B1H⊥D1O,AC∩D1O=O, ∴B1H⊥平面AD1C. 故选A.
三、正三棱锥(正四面体)中的垂直关系
1.正三棱锥P-ABC:PA=PB=PC,AB=AC=BC。 取BC的中点D,连接PD、AD, 则PD⊥BC,AD⊥BC, ∴BC⊥面PAD, ∴BC⊥PA。
P
A
C
结论:正三棱锥(正四面体)中, B (1)对边垂直; (2)底边中点与对边确定的平面垂直于这条底边。
空间问题
平面问题
三棱锥的顶点在底面的射影是底面的什么心问题 1.已知在三棱锥P-ABC中,PA=PB=PC,则P点在平面α内的射影一定是△ABC 的( ) A.内心 B.外心 C.垂心 D.重心
2.三棱锥P-ABC的高为PH,若P到△ABC的三边的距离相等,若H在△ABC内, 则H为△ABC的( ) A.内心 B.外心 C.旁心 D.旁心或内心 3.已知在三棱锥P-ABC中,PA⊥BC,PB⊥AC,则点P在平面ABC上的射影为 △ABC的( ) A.重心 B.外心 C.内心 D.垂心 4.三棱锥的三条侧棱两两垂直,则顶点在底面的射影是底面三角形的( A.内心 B.外心 C.重心 D.垂心 )
五、正棱锥中的垂直关系 正棱锥的定义:底面为正多边形,顶点在底面上的射影是底面的中心的棱锥。
1.正三棱锥P-ABC
立体几何第六讲面面垂直练习题(含答案)

第六节 面面关系(一)平行 (二)垂直1.如图,三棱柱ABC -A 1B 1C 1中,侧棱垂直底面,∠ACB=90°,AC=BC=12AA 1,D 是棱AA 1的中点(I)证明:平面BDC 1⊥平面BDC(Ⅱ)平面BDC 1分此棱柱为两部分,求这两部分体积的比.2.【2012高考江西文19】(本小题满分12分)如图,在梯形ABCD 中,AB ∥CD ,E ,F 是线段AB 上的两点,且DE ⊥AB ,CF ⊥AB ,AB=12,AD=5,BC=42△ADE ,△CFB 分别沿DE ,CF 折起,使A ,B 两点重合与点G ,得到多面体CDEFG .(1)求证:平面DEG ⊥平面CFG ; (2)求多面体CDEFG 的体积。
3.如图,已知空间四边形中,,BC AC AD BD ==,E是AB 的中点。
求证:(1)⊥AB 平面CDE;(2)平面CDE ⊥平面ABC 。
4.如图,在正方体1111ABCD A B C D -中,E 是1AA 的中点. (1)求证:1//A C 平面BDE ;B 1C BADC 1A 1AEDBCA AC⊥平面BDE.(2)求证:平面15.已知四棱锥P—ABCD,底面ABCD是菱形,∠PDDAB,60平面ABCD,PD=AD,=⊥︒点E为AB中点,点F为PD中点.(1)证明平面PED⊥平面PAB;(2)求二面角P—AB—F的平面角的余弦值第六节 面面关系答案(一)平行 (二)垂直1.【命题意图】本题主要考查空间线线、线面、面面垂直的判定与性质及几何体的体积计算,考查空间想象能力、逻辑推理能力,是简单题.【解析】(Ⅰ)由题设知BC ⊥1CC ,BC ⊥AC ,1CC AC C ⋂=,∴BC ⊥面11ACC A , 又∵1DC ⊂面11ACC A ,∴1DC BC ⊥,由题设知01145A DC ADC ∠=∠=,∴1CDC ∠=090,即1DC DC ⊥,又∵DC BC C ⋂=, ∴1DC ⊥面BDC , ∵1DC ⊂面1BDC , ∴面BDC ⊥面1BDC ;(Ⅱ)设棱锥1B DACC -的体积为1V ,AC =1,由题意得,1V =1121132+⨯⨯⨯=12,由三棱柱111ABC A B C -的体积V =1,∴11():V V V -=1:1, ∴平面1BDC 分此棱柱为两部分体积之比为1:1.2.【解析】(1)由已知可得AE=3,BF=4,则折叠完后EG=3,GF=4,又因为EF=5,所以可得EG GF ⊥又因为CF EGF ⊥底面,可得CF EG ⊥,即EG CFG ⊥面所以平面DEG ⊥平面CFG . (2)过G 作GO 垂直于EF ,GO 即为四棱锥G-EFCD 的高,所以所求体积为11125520335DECF S GO ⋅=⨯⨯⨯=正方形3.证明:(1)BC AC CE AB AE BE =⎫⇒⊥⎬=⎭同理,AD BD DE AB AE BE =⎫⇒⊥⎬=⎭又∵CE DE E ⋂= ∴AB ⊥平面CDE (2)由(1)有AB ⊥平面CDE又∵AB ⊆平面ABC , ∴平面CDE ⊥平面ABC 4.证明:(1)设AC BD O ⋂=,∵E 、O 分别是1AA 、AC 的中点,∴1A C ∥EO又1AC ⊄平面BDE ,EO ⊂平面BDE ,∴1A C ∥平面BDE (2)∵1AA ⊥平面ABCD ,BD ⊂平面ABCD ,1AA BD ⊥ 又BD AC ⊥,1AC AA A⋂=,∴BD ⊥平面1A AC ,BD ⊂平面BDE ,∴平面BDE ⊥平面1A AC5.(1)证明:连接BD.ADB DAB AD AB ∆∴︒=∠=,60, 为等边三角形.E 是AB 中点,.DE AB ⊥∴⊥PD 面ABCD ,AB ⊂面ABCD ,.PD AB ⊥∴⊂DE 面PED ,PD ⊂面PED ,⊥∴=AB D PD DE , 面PED. ⊂AB 面PAB ,⊥∴PED 面面PAB.(2)解:⊥AB 平面PED ,PE ⊂面PED ,.PE AB ⊥∴ 连接EF ,⊂EF PED ,.EF AB ⊥∴PEF ∠∴为二面角P —AB —F 的平面角. 设AD=2,那么PF=FD=1,DE=3. 在,1,2,7,===∆PF EF PE PEF 中,147572212)7(cos 22=⨯-+=∠∴PEF 即二面角P —AB —F 的平面角的余弦值为.1475立体几何练习题1.设α、β、γ为两两不重合的平面,l 、m 、n 为两两不重合的直线,给出下列四个命题: 若α⊥γ,β⊥γ,则α∥β;②若m ⊂α,n ⊂α,m ∥β,n ∥β,则α∥β;③若α∥β,l ⊂α,则l ∥β;④若α∩β=l ,β∩γ=m ,γ∩α=n ,l ∥γ,则m ∥n . 其中真命题的个数是( ) A .1 B .2 C .3 D .42.正方体ABCD ﹣A 1B 1C 1D 1中,BD 1与平面ABCD 所成角的余弦值为() A .B .CD .3.三棱柱ABC ﹣A 1B 1C 1中,AA 1=2且AA 1⊥平面ABC ,△ABC 是 边长为的正三角形,该三棱柱的六个顶点都在一个球面上,则这个球的体积为() A . 8πB .C .D . 8π4.三个平面两两垂直,它们的三条交线交于点O ,空间一点P 到三个平面的距离分别为3、4、5,则OP 长为()A . 5B . 2C . 3D . 55.如图,四棱锥S ﹣ABCD 的底面为正方形,SD ⊥底面ABCD ,则下列结论中不正确的是() A . AC⊥SB B .AB∥平面SCDC . SA 与平面SBD 所成的角等于SC 与平面SBD 所成的角 D . AB 与SC 所成的角等于DC 与SA 所成的角6.如图,四棱锥P ﹣ABCD 的底面为正方形,PD ⊥底面ABCD ,PD=AD=1,设点CG 到平面PAB 的距离为d 1,点B 到平面PAC 的距离为d 2,则有( ) A . 1<d 1<d 2 B . d 1<d 2<1C . d 1<1<d 2D . d 2<d 1<17.在锐角的二面角βα--EF ,A EF ∈,AG α⊂, 45=∠GAE ,若AG 与β所成角为 30,则二面角βα--EF 为__________. 8.给出下列四个命题:(1)若平面α上有不共线的三点到平面β的距离相等,则βα//; (2)两条异面直线在同一平面内的射影可能是两条平行直线;(3)两条异面直线中的一条平行于平面α,则另一条必定不平行于平面α; (4)b ,a 为异面直线,则过a 且与b 平行的平面有且仅有一个. 其中正确命题的序号是_______________________9.已知正方体 1111ABCD A B C D -中,点E 是棱 11A B 的中点,则直线AE 与平而 11BDD B 所成角的正弦值是_________.EFA Gαβ10.已知直三棱柱111ABC A B C -中,090ABC ∠=,122AC AA ==,2AB =,M 为1BB 的中点,则1B 与平面ACM 的距离为______11.边长分别为a 、b 的矩形,按图中所示虚线剪裁后,可将两个小矩形拼接成一个正四棱锥的底面,其余恰好拼接成该正四棱锥的4个侧面,则ba的取值范围是 . 12.已知矩形ABCD 的长4AB =,宽3AD =,将其沿对角线BD 折起,得到四面体A BCD -,如图所示, 给出下列结论:①四面体A BCD -体积的最大值为725; ②四面体A BCD -外接球的表面积恒为定值;③若E F 、分别为棱AC BD 、的中点,则恒有EF AC ⊥且EF BD ⊥; ④当二面角A BD C --为直二面角时,直线AB CD 、所成角的余弦值为1625; ⑤当二面角A BD C --的大小为60︒时,棱AC 的长为145. 其中正确的结论有 (请写出所有正确结论的序号). 13.如图,在直三棱柱ABC ﹣A 1B 1C 1中,∠BAC=90°,AB=BB 1,直线B 1C 与平面ABC 成30°角.(I )求证:平面B 1AC⊥平面ABB 1A 1;(II )求直线A 1C 与平面B 1AC 所成角的正弦值.14.如图,在三棱锥P ﹣ABC 中,D ,E ,F 分别为棱PC ,AC ,AB 的中点.已知PA⊥AC,PA=AB=6,BC=8,DF=5. (1)若PB⊥BC,证明平面BDE⊥平面ABC . (2)求直线BD 与平面ABC 所成角的正切值.15.如图,长方体ABCD ﹣A 1B 1C 1D 1中,AB=AD=1,AA 1=2,点P 为DD 1的中点. (1)求证:直线BD 1∥平面PAC ;4343AB CD4334DCBA(2)求证:平面PAC⊥平面BDD1B1;(3)求CP与平面BDD1B1所成的角大小.16.如图,四棱锥P﹣ABCD的底面是正方形,PD⊥底面ABCD,点E在棱PB上(1)求证:AC⊥平面PDB(2)当PD=AB且E为PB的中点时,求AE与平面PDB所成的角的大小.17.在四棱锥P﹣ABCD中,底面ABCD为平行四边形,∠ADC=45°,AD=AC=1,O为AC中点,PO⊥平面ABCD,PO=2,M为PD中点.(Ⅰ)求证:PB∥平面ACM;(Ⅱ)求证:AD⊥平面PAC;(Ⅲ)求二面角M﹣AC﹣D的正切值.18.如图所示,在四棱锥P﹣ABCD中,底面ABCD为矩形,PA⊥平面ABCD,点E在线段PC上,PC⊥平面BDE.(1)证明:BD⊥平面PAC;(2)若PA=1,AD=2,求二面角B﹣PC﹣A的正切值.19.如图,直三棱柱ABC﹣A1B1C1中,CA⊥CB,AA1=AC=CB=2,D是AB的中点.(1)求证:BC1∥平面A1CD;(2)求证:A1C⊥AB1;(3)若点E在线段BB1上,且二面角E﹣CD﹣B的正切值是,求此时三棱锥C﹣A1DE的体积.20.如图,四棱锥S﹣ABCD的底面是正方形,每条侧棱的长都是底面边长的倍,P为侧棱SD上的点.(1)求证:AC⊥SD;(2)若SD⊥平面PAC,求二面角P﹣AC﹣D的大小;(3)在(2)的条件下,侧棱SC上是否存在一点E,使得BE∥平面PAC.若存在,求SE:EC的值;若不存在,试说明理由.试卷答案1.B:解:若α⊥γ,β⊥γ,则α与β可能平行也可能相交,故①错误;由于m,n不一定相交,故α∥β不一定成立,故②错误;由面面平行的性质定理,易得③正确;由线面平行的性质定理,我们易得④正确;故选B2.D考点:棱柱的结构特征.专题:空间角.分析:找出BD1与平面ABCD所成的角,计算余弦值.解答:解:连接BD,;∵DD1⊥平面ABCD,∴BD是BD1在平面ABCD的射影,∴∠DBD1是BD1与平面ABCD所成的角;设AB=1,则BD=,BD1=,∴cos∠DBD1===;故选:D.点评:本题以正方体为载体考查了直线与平面所成的角,是基础题.3.C考点:球的体积和表面积.专题:计算题;空间位置关系与距离.分析:根据题意,正三棱柱的底面中心的连线的中点就是外接球的球心,求出球的半径即可求出球的体积.解答:解:由题意可知:正三棱柱的底面中心的连线的中点就是外接球的球心,因为△ABC是边长为的正三角形,所以底面中心到顶点的距离为:1;因为AA1=2且AA1⊥平面ABC,所以外接球的半径为:r==.所以外接球的体积为:V=πr3=π×()3=.故选:C.点评:本题给出正三棱柱有一个外接球,在已知底面边长的情况下求球的体积.着重考查了正三棱柱的性质、正三角形的计算和球的体积公式等知识,属于中档题.4.D考点:平面与平面垂直的性质.专题:计算题;空间位置关系与距离.分析:构造棱长分别为a,b,c的长方体,P到三个平面的距离即为长方体的共顶点的三条棱的长,OP为长方体的对角线,求出OP即可.解答:构造棱长分别为a,b,c的长方体,P到三个平面的距离即为长方体的共顶点的三条棱的长,则a2+b2+c2=32+42+52=50因为OP为长方体的对角线.所以OP=5.故选:D.点评:本题考查点、线、面间的距离计算,考查计算能力,是基础题.5.D考点:直线与平面垂直的性质.专题:综合题;探究型.分析:根据SD⊥底面ABCD,底面ABCD为正方形,以及三垂线定理,易证AC⊥SB,根据线面平行的判定定理易证AB∥平面SCD,根据直线与平面所成角的定义,可以找出∠ASO是SA与平面SBD所成的角,∠CSO是SC与平面SBD所成的角,根据三角形全等,证得这两个角相等;异面直线所成的角,利用线线平行即可求得结果.解答:解:∵SD⊥底面ABCD,底面ABCD为正方形,∴连接BD,则BD⊥AC,根据三垂线定理,可得AC⊥SB,故A正确;∵AB∥CD,AB⊄平面SCD,CD⊂平面SCD,∴AB∥平面SCD,故B正确;∵SD⊥底面ABCD,∠ASO是SA与平面SBD所成的角,∠DSO是SC与平面SBD所成的,而△SAO≌△CSO,∴∠ASO=∠CSO,即SA与平面SBD所成的角等于SC与平面SBD所成的角,故C正确;∵AB∥CD,∴AB与SC所成的角是∠SCD,DC与SA所成的角是∠SAB,而这两个角显然不相等,故D不正确;故选D.点评:此题是个中档题.考查线面垂直的性质定理和线面平行的判定定理,以及直线与平面所成的角,异面直线所成的角等问题,综合性强.6.D考点:点、线、面间的距离计算.专题:综合题;空间位置关系与距离;空间角.分析:过C做平面PAB的垂线,垂足为E,连接BE,则三角形CEB为直角三角形,根据斜边大于直角边,再根据面PAC和面PAB与底面所成的二面角,能够推导出d2<d1<1.解答:解:过C做平面PAB的垂线,垂足为E,连接BE,则三角形CEB为直角三角形,其中∠CEB=90°,根据斜边大于直角边,得CE<CB,即d2<1.同理,d1<1.再根据面PAC和面PAB与底面所成的二面角可知,前者大于后者,所以d2<d1.所以d2<d1<1.故选D.点评:本题考查空间距离的求法,解题时要认真审题,仔细解答,注意空间角的灵活运用.7.48.(2)(4)10.111.1 (,) 212.②③④13.考点:平面与平面垂直的判定;直线与平面所成的角.专题:证明题.分析:(I)欲证平面B1AC⊥平面ABB1A1,关键是寻找线面垂直,而AC⊥平面ABB1A1,又AC⊂平面B1AC,满足面面垂直的判定定理;(II)过A1做A1M⊥B1A1,垂足为M,连接CM,∠A1CM为直线A1C与平面B1AC所成的角,然后在三角形A1CM 中求出此角的正弦值即可.解答:解:(I)证明:由直三棱柱性质,B1B⊥平面ABC,∴B1B⊥AC,又BA⊥AC,B1B∩BA=B,∴AC⊥平面ABB1A1,又AC⊂平面B1AC,∴平面B1AC⊥平面ABB1A1.(II)解:过A1做A1M⊥B1A1,垂足为M,连接CM,∵平面B1AC⊥平面ABB1A,且平面B1AC∩平面ABB1A1=B1A,∴A1M⊥平面B1AC.∴∠A1CM为直线A1C与平面B1AC所成的角,∵直线B1C与平面ABC成30°角,∴∠B1CB=30°.设AB=BB1=a,可得B1C=2a,BC=,∴直线A1C与平面B1AC所成角的正弦值为点评:本题主要考查了平面与平面垂直的判定,以及直线与平面所成的角,考查空间想象能力、运算能力和推理论证能力.14.考点:直线与平面所成的角;平面与平面垂直的判定.专题:空间位置关系与距离;空间角.分析:(1)由已知得DE⊥AC,DE2+EF2=DF2,从而DE⊥平面ABC,由此能证明平面BDE⊥平面ABC.(2)由DE⊥平面ABC,得∠DBE是直线BD与平面ABC所成的角,由此能求出直线BD与平面ABC所成角的正切值.解答:(1)证明:∵在三棱锥P﹣ABC中,D,E,F分别为棱PC,AC,AB的中点.PA⊥AC,PA=AB=6,BC=8,DF=5,∴DE⊥AC,DE=3,EF=4,DF=5,∴DE2+EF2=DF2,∴DE⊥EF,又EF∩AC=F,∴DE⊥平面ABC,又DE⊂平面BDE,∴平面BDE⊥平面ABC.(2)∵DE⊥平面ABC,∴PA⊥平面ABC,∴PA⊥AB,∵PB⊥BC,∴AB⊥BC,∴AC==10,∴,由DE⊥平面ABC,得∠DBE是直线BD与平面ABC所成的角,tan∠DBE==.∴直线BD与平面ABC所成角的正切值为.点评:本题考查平面与平面垂直的证明,考查直线与平面所成角的正切值的求法,是中档题,解题时要认真审题,注意空间思维能力的培养.15.考点:直线与平面平行的判定;平面与平面垂直的判定;直线与平面所成的角.专题:证明题.分析:(1)设AC和BD交于点O,由三角形的中位线的性质可得PO∥BD1,从而证明直线BD1∥平面PAC.(2)证明AC⊥BD,DD1⊥AC,可证AC⊥面BDD1B1,进而证得平面PAC⊥平面BDD1B1 .(3)CP在平面BDD1B1内的射影为OP,故∠CPO是CP与平面BDD1B1所成的角,在Rt△CPO中,利用边角关系求得∠CPO的大小.解答:(1)证明:设AC和BD交于点O,连PO,由P,O分别是DD1,BD的中点,故PO∥BD1,∵PO⊂平面PAC,BD1⊄平面PAC,所以,直线BD1∥平面PAC.(2)长方体ABCD﹣A1B1C1D1中,AB=AD=1,底面ABCD是正方形,则AC⊥BD,又DD1⊥面ABCD,则DD1⊥AC.∵BD⊂平面BDD1B1,D1D⊂平面BDD1B1,BD∩D1D=D,∴AC⊥面BDD1B1.∵AC⊂平面PAC,∴平面PAC⊥平面BDD1B1 .(3)由(2)已证:AC⊥面BDD1B1,∴CP在平面BDD1B1内的射影为OP,∴∠CPO是CP与平面BDD1B1所成的角.依题意得,,在Rt△CPO中,,∴∠CPO=30°∴CP与平面BDD1B1所成的角为30°.点评:本题考查证明线面平行、面面垂直的方法,求直线和平面所称的角的大小,找出直线和平面所成的角是解题的难点,属于中档题.16.考点:直线与平面所成的角;直线与平面垂直的判定.专题:综合题;空间位置关系与距离;空间角.分析:(1)根据题意证明AC⊥BD,PD⊥AC,可得AC⊥平面PDB;(2)设AC∩BD=O,连接OE,根据线面所成角的定义可知∠AEO为AE与平面PDB所的角,在Rt△AOE中求出此角即可.解答:(1)证明:∵四边形ABCD是正方形,∴AC⊥BD,∵PD⊥底面ABCD,∴PD⊥AC,又BD∩PD=D∴AC⊥平面PDB,(3分)(2)设AC∩BD=O,连接OE,由(1)知AC⊥平面PDB于O,∴∠AEO为AE与平面PDB所的角,(5分)又O,E分别为DB、PB的中点,∴OE∥PD,OE=PD,在Rt△AOE中,OE=PD=AB=AO,∴∠AEO=45°,(7分)即AE与平面PDB所成的角的大小为45°.(8分)点评:本题主要考查了直线与平面垂直的判定,以及直线与平面所成的角,考查空间想象能力、运算能力和推理论证能力,属于中档题.17.考点:与二面角有关的立体几何综合题;直线与平面平行的判定;直线与平面垂直的判定.专题:计算题.分析:(Ⅰ)连接OM,BD,由M,O分别为PD和AC中点,知OM∥PB,由此能够证明PB∥平面ACM.(Ⅱ)由PO⊥平面ABCD,知PO⊥AD,由∠ADC=45°,AD=AC=1,知AC⊥AD,由此能够证明AD⊥平面PAC.(Ⅲ)取DO中点N,连接MN,由MN∥PO,知MN⊥平面ABCD.过点N作NE⊥AC于E,由E为AO中点,连接ME,由三垂线定理知∠MEN即为所求,由此能求出二面角M﹣AC﹣D的正切值.解答:(Ⅰ)证明:连接OM,BD,∵M,O分别为PD和AC中点,∴OM∥PB,∵OM⊂平面ACM,PB⊄ACM平面,∴PB∥平面ACM….(4分)(Ⅱ)证明:由已知得PO⊥平面ABCD∴PO⊥AD,∵∠ADC=45°,AD=AC=1,∴AC⊥AD,∵AC∩PO=O,AC,PO⊂平面PAC,∴AD⊥平面PAC.…..(8分)(Ⅲ)解:取DO中点N,连接MN,则MN∥PO,∴MN⊥平面ABCD过点N作NE⊥AC于E,则E为AO中点,连接ME,由三垂线定理可知∠MEN即为二面角M﹣AC﹣D的平面角,∵MN=1,NE=∴tan∠MEN=2…..(13分)点评:本题考查直线与平面平行、直线现平面垂直的证明,考查二面角的正切值的求法,解题时要认真审题,仔细解答,注意三垂直线定理的合理运用.18.考点:二面角的平面角及求法;直线与平面垂直的判定.专题:空间位置关系与距离;空间角;立体几何.分析:(1)由题设条件及图知,可先由线面垂直的性质证出PA⊥BD与PC⊥BD,再由线面垂直的判定定理证明线面垂直即可;(2)由图可令AC与BD的交点为O,连接OE,证明出∠BEO为二面角B﹣PC﹣A的平面角,然后在其所在的三角形中解三角形即可求出二面角的正切值.解答:(1)∵PA⊥平面ABCD∴PA⊥BD∵PC⊥平面BDE∴PC⊥BD,又PA∩PC=P∴BD⊥平面PAC(2)设AC与BD交点为O,连OE∵PC⊥平面BDE∴PC⊥平面BOE∴PC⊥BE∴∠BEO为二面角B﹣PC﹣A的平面角∵BD⊥平面PAC∴BD⊥AC∴四边形ABCD为正方形,又PA=1,AD=2,可得BD=AC=2,PC=3∴OC=在△PAC∽△OEC中,又BD⊥OE,∴∴二面角B﹣PC﹣A的平面角的正切值为3点评:本题考查二面角的平面角的求法及线面垂直的判定定理与性质定理,属于立体几何中的基本题型,二面角的平面角的求法过程,作,证,求三步是求二面角的通用步骤,要熟练掌握19.考点:棱柱、棱锥、棱台的体积;空间中直线与直线之间的位置关系;直线与平面平行的判定.专题:综合题;空间位置关系与距离;空间角.分析:(1)连接AC1交A1C于点F,由三角形中位线定理得BC1∥DF,由此能证明BC1∥平面A1CD.(2)利用线面垂直的判定定理证明A1C⊥平面AB1C1,即可证明A1C⊥AB1;(3)证明∠BDE为二面角E﹣CD﹣B的平面角,点E为BB1的中点,确定DE⊥A1D,再求三棱锥C﹣A1DE 的体积.解答:(1)证明:连结AC1,交A1C于点F,则F为AC1中点,又D是AB中点,连结DF,则BC1∥DF,因为DF⊂平面A1CD,BC1⊄平面A1CD,所以BC1∥平面A1CD.…(3分)(2)证明:直三棱柱ABC﹣A1B1C1中,因为AA1=AC,所以AC1⊥A1C…(4分)因为CA⊥CB,B1C1∥BC,所以B1C1⊥平面ACC1A1,所以B1C1⊥A1C…(6分)因为B1C1∩AC1=C1,所以A1C⊥平面AB1C1所以A1C⊥AB1…(8分)(3)在直三棱柱ABC﹣A1B1C1中,AA1⊥CD,因为AC=CB,D为AB的中点,所以CD⊥AB,CD⊥平面ABB1A1.所以CD⊥DE,CD⊥DB,所以∠BDE为二面角E﹣CD﹣B的平面角.在Rt△DEB中,.由AA1=AC=CB=2,CA⊥CB,所以,.所以,得BE=1.所以点E为BB1的中点.…(11分)又因为,,,A1E=3,故,故有DE⊥A1D所以…(14分)点评:本题主要考查直线与平面平行、垂直等位置关系,考查线面平行、二面角的概念、求法、三棱锥C﹣A1DE的体积等知识,考查空间想象能力和逻辑推理能力,是中档题.20.考点:直线与平面平行的判定;直线与平面垂直的判定;与二面角有关的立体几何综合题.专题:计算题;证明题;压轴题.分析:(1)连BD,设AC交于BD于O,由题意知SO⊥平面ABCD.以O为坐标原点,分别为x轴、y轴、z轴正方向,建立坐标系O﹣xyz,设底面边长为a,求出高SO,从而得到点S与点C 和D的坐标,求出向量与,计算它们的数量积,从而证明出OC⊥SD,则AC⊥SD;(2)根据题意先求出平面PAC的一个法向量和平面DAC的一个法向量,设所求二面角为θ,则,从而求出二面角的大小;(3)在棱SC上存在一点E使BE∥平面PAC,根据(Ⅱ)知是平面PAC的一个法向量,设,求出,根据可求出t的值,从而即当SE:EC=2:1时,,而BE不在平面PAC内,故BE∥平面PAC解答:证明:(1)连BD,设AC交于BD于O,由题意知SO⊥平面ABCD.以O为坐标原点,分别为x轴、y轴、z轴正方向,建立坐标系O﹣xyz如图.设底面边长为a,则高.于是,,,,故OC⊥SD从而AC⊥SD(2)由题设知,平面PAC的一个法向量,平面DAC的一个法向量.设所求二面角为θ,则,所求二面角的大小为30°.(3)在棱SC上存在一点E使BE∥平面PAC.由(Ⅱ)知是平面PAC的一个法向量,且设,则而即当SE:EC=2:1时,而BE不在平面PAC内,故BE∥平面PAC点评:本题主要考查了直线与平面平行的判定,以及空间两直线的位置关系的判定和二面角的求法,涉及到的知识点比较多,知识性技巧性都很强.。
面面垂直的性质习题详细答案

变种2
如果一个平面内的两条相 交直线与另一个平面垂直, 求证这两个平面垂直。
提高题
如果一个平面内的两条相 交直线与另一个平面垂直, 求证这两个平面的交线与 原直线垂直。
综合பைடு நூலகம்解析与解答
• 综合题1:已知一个平面内的两条相交直线与另一个 平面垂直,求证这两个平面的交线与原直线垂直。
综合题解析与解答
面面垂直的性质习题详细答案
contents
目录
• 面面垂直的性质概述 • 习题解析 • 习题解答技巧 • 面面垂直的性质习题答案 • 习题拓展与提高
01 面面垂直的性质概述
定义与定理
定义
两个平面互相垂直,当且仅当一 个平面内的任意直线都与另一个 平面垂直。
定理
如果两个平面互相垂直,那么其 中一个平面内的任意直线都与另 一个平面垂直。
机械工程
在机械设计中,面面垂直的性质 常常用于确定零件的安装角度和 位置,以确保机器的正常运转。
地理学
在地理学中,地球的经纬线分布 和角度计算也涉及到面面垂直的 性质,例如在计算地球上的纬度、 经度等数值时,需要利用到面面
垂直的性质。
02 习题解析
基础习题解析
总结词
掌握基础概念
题目
两个平面垂直,其中一个平面内有一条直线,那么这条直线与另一个平面的关 系是什么?
由于直线a⊥平面α,且直线b⊥直线a,根 据面面垂直的性质定理,直线b必然在平面 α内。
中等难度习题答案
总结词
中等难度习题在考察面面垂直性质的基础上,增加了对空间想象能力和推理能力的考察。
题目3
已知平面α与平面β互相垂直,点A属于平面α,点B属于平面β,且AB与两平面的交线分别交 于C和D两点,若AC=CD,求证线段BD的长度。
新教材 人教A版高中数学选择性必修第一册全册各章节课后练习题 含解析

选择性必修第一册全册课后练习题本文档还有大量公式,在网页中显示可能会出现位置错误的情况,下载后均可正常显示,请放心下载练习!第一章空间向量与立体几何................................................................................................ - 2 -1.1.1空间向量及其线性运算......................................................................................... - 2 -1.1.2空间向量的数量积运算......................................................................................... - 8 -1.2空间向量基本定理.................................................................................................. - 15 -1.3.1空间直角坐标系 .................................................................................................. - 22 -1.3.2空间运算的坐标表示........................................................................................... - 28 -1.4.1.1空间向量与平行关系 ....................................................................................... - 34 -1.4.1.2空间向量与垂直关系 ....................................................................................... - 42 -1.4.2用空量研究距离、夹角问题............................................................................... - 51 -章末测验 ....................................................................................................................... - 64 - 第二章直线和圆的方程...................................................................................................... - 78 -2.1.1倾斜角与斜率 ...................................................................................................... - 78 -2.1.2两条直线平行和垂直的判定............................................................................... - 83 -2.2.1直线的点斜式方程............................................................................................... - 87 -2.2.2直线的两点式方程............................................................................................... - 92 -2.2.3直线的一般式方程............................................................................................... - 97 -2.3.1两条直线的交点坐标......................................................................................... - 102 -2.3.2两点间的距离公式............................................................................................. - 102 -2.3.3点到直线的距离公式......................................................................................... - 107 -2.3.4两条平行直线间的距离..................................................................................... - 107 -2.4.1圆的标准方程 .................................................................................................... - 113 -2.4.2圆的一般方程 .................................................................................................... - 118 -2.5.1直线与圆的位置关系......................................................................................... - 122 -2.5.2圆与圆的位置关系............................................................................................. - 128 -章末测验 ..................................................................................................................... - 135 - 第三章圆锥曲线的方程.................................................................................................... - 144 -3.1.1椭圆及其标准方程............................................................................................. - 144 -3.1.2.1椭圆的简单几何性质 ..................................................................................... - 150 -3.1.2.2椭圆的标准方程及性质的应用...................................................................... - 156 -3.2.1双曲线及其标准方程......................................................................................... - 164 -3.2.2双曲线的简单几何性质..................................................................................... - 171 -3.3.1抛物线及其标准方程......................................................................................... - 178 -3.3.2抛物线的简单几何性质..................................................................................... - 184 -章末测验 ..................................................................................................................... - 191 - 模块综合测验 ..................................................................................................................... - 202 -第一章 空间向量与立体几何1.1.1空间向量及其线性运算一、选择题1.空间任意四个点A ,B ,C ,D ,则DA →+CD →-CB →等于( ) A .DB → B .AC → C .AB → D .BA → D [DA →+CD →-CB →=DA →+BD →=BA →.]2.设有四边形ABCD ,O 为空间任意一点,且AO →+OB →=DO →+OC →,则四边形ABCD 是( )A .平行四边形B .空间四边形C .等腰梯形D .矩形A [∵AO →+OB →=DO →+OC →,∴AB →=DC →. ∴AB →∥DC →且|AB →|=|DC →|. ∴四边形ABCD 为平行四边形.]3.已知A ,B ,C 三点不共线,对平面ABC 外的任一点O ,下列条件中能确定点M 与点A ,B ,C 一定共面的是( )A .OM →=OA →+OB →+OC → B .OM →=2OA →-OB →-OC → C .OM →=OA →+12OB →+13OC →D .OM →=13OA →+13OB →+13OC → D [由OM →=13OA →+13OB →+13OC →,可得3OM →=OA →+OB →+OC →⇒OM →-OA →+OM →-OB →+OM →-OC →=0, 即AM →=-BM →-CM →.所以AM →与BM →,CM →在一个平面上,即点M 与点A ,B ,C 一定共面.] 4.若空间中任意四点O ,A ,B ,P 满足OP →=mOA →+nOB →,其中m +n =1,则( )A .P ∈AB B .P ∉ABC .点P 可能在直线AB 上D .以上都不对A [因为m +n =1,所以m =1-n , 所以OP →=(1-n )OA →+nOB →, 即OP →-OA →=n (OB →-OA →), 即AP →=nAB →,所以AP →与AB →共线. 又AP →,AB →有公共起点A ,所以P ,A ,B 三点在同一直线上, 即P ∈AB .]5.已知在长方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,点E 是A 1C 1的中点, 点F 是AE 的三等分点,且AF =12EF ,则AF →=( )A .AA 1→+12AB →+12AD → B .12AA 1→+12AB →+12AD →C .12AA 1→+16AB →+16AD → D .13AA 1→+16AB →+16AD →D [如图所示,AF →=13AE →,AE →=AA 1→+A 1E →,A 1E →=12A 1C 1→,A 1C 1→=A 1B 1→+A 1D 1→,A 1B 1→=AB →,A 1D 1→=AD →,所以AF →=13⎝ ⎛⎭⎪⎫AA 1→+12A 1C 1→=13AA 1→+16AB →+16AD →,故选D.]二、填空题6.已知A ,B ,C 三点不共线,O 为平面ABC 外一点,若由OM →=-2OA →+OB →+λOC →确定的点M 与A ,B ,C 共面,则λ=________.2 [由M 、A 、B 、C 四点共面知:-2+1+λ=1,即λ=2.]7.在平行六面体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,M 为AC 与BD 的交点,若A 1B 1→=a ,A 1D 1→=b ,A 1A →=c ,用a ,b ,c 表示D 1M →,则D 1M →=________.12a -12b +c [D 1M →=D 1D →+DM → =A 1A →+12(DA →+DC →) =c +12(-A 1D 1→+A 1B 1→) =12a -12b +c .]8.在空间四边形ABCD 中,E ,F 分别是AB ,CD 的中点,则EF →和AD →+BC →的关系是________.(填“平行”,“相等”或“相反”)平行 [设G 是AC 的中点,则EF →=EG →+GF →=12BC →+12AD →=12(AD →+BC →) 所以2EF →=AD →+BC →, 从而EF →∥(AD →+BC →).] 三、解答题9.如图,在空间四边形ABCD 中,G 为△BCD 的重心,E ,F 分别为边CD 和AD 的中点,试化简AG →+13BE →-12AC →,并在图中标出化简结果的向量.[解] ∵G 是△BCD 的重心,BE 是CD 边上的中线,∴GE →=13BE →.又12AC →=12(DC →-DA →)=12DC →-12DA →=DE →-DF →=FE →, ∴AG →+13BE →-12AC →=AG →+GE →-FE →=AF →(如图所示).10.在长方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,M 为DD 1的中点,点N 在AC 上,且AN ∶NC =2∶1,求证:A 1N →与A 1B →,A 1M →共面.[证明] ∵A 1B →=AB →-AA 1→, A 1M →=A 1D 1→+D 1M →=AD →-12AA 1→, AN →=23AC →=23(AB →+AD →), ∴A 1N →=AN →-AA 1→ =23(AB →+AD →)-AA 1→=23(AB →-AA 1→)+23(AD →-12AA 1→) =23A 1B →+23A 1M →, ∴A 1N →与A 1B →,A 1M →共面.11.(多选题)若A ,B ,C ,D 为空间不同的四点,则下列各式为零向量的是( ) A .AB →+2BC →+2CD →+DC → B .2AB →+2BC →+3CD →+3DA →+AC →C.AB →+CA →+BD →D.AB →-CB →+CD →-AD →BD [A 中,AB →+2BC →+2CD →+DC →=AB →+2BD →+DC →=AB →+BD →+BD →+DC →=AD →+BC →;B 中,2AB →+2BC →+3CD →+3DA →+AC →=2AC →+3CA →+AC →=0;C 中,AB →+CA →+BD →=AD →+CA →;D 中,AB →-CB →+CD →-AD →=AB →+BC →+CD →+DA →表示A →B →C →D →A 恰好形成一个回路,结果必为0.]12.(多选题)有下列命题,其中真命题的有( ) A .若AB →∥CD →,则A ,B ,C ,D 四点共线 B .若AB →∥AC →,则A ,B ,C 三点共线C .若e 1,e 2为不共线的非零向量,a =4e 1-25e 2,b =-e 1+110e 2,则a ∥b D .若向量e 1,e 2,e 3是三个不共面的向量,且满足等式k 1e 1+k 2e 2+k 3e 3=0,则k 1=k 2=k 3=0BCD [根据共线向量的定义,若AB →∥CD →,则AB ∥CD 或A ,B ,C ,D 四点共线,故A 错;因为AB →∥AC →且AB →,AC →有公共点A ,所以B 正确;由于a =4e 1-25e 2=-4-e 1+110e 2=-4b ,所以a ∥b ,故C 正确;易知D 也正确.]13.(一题两空)已知A ,B ,C 三点共线,则对空间任一点O ,若OA →=2OB →+μOC →,则μ=________;存在三个不为0的实数λ,m ,n ,使λOA →+mOB →+nOC →=0,那么λ+m +n 的值为________.-1 0 [由A 、B 、C 三点共线,∴2+μ=1,∴μ=-1,又由λOA →+mOB →+nOC →=0得OA →=-m λOB →-n λOC →由A ,B ,C 三点共线知-m λ-nλ=1,则λ+m +n =0.]14.设e 1,e 2是平面上不共线的向量,已知AB →=2e 1+k e 2,CB →=e 1+3e 2,CD →=2e 1-e 2,若A ,B ,D 三点共线,则实数k 为________.-8 [因为BD →=CD →-CB →=e 1-4e 2,AB →=2e 1+k e 2,又A ,B ,D 三点共线,由共线向量定理得12=-4k ,所以k =-8.]15.如图所示,已知四边形ABCD 是平行四边形,点P 是ABCD 所在平面外的一点,连接P A ,PB ,PC ,PD .设点E ,F ,G ,H 分别为△P AB ,△PBC ,△PCD ,△PDA 的重心.(1)试用向量方法证明E ,F ,G ,H 四点共面;(2)试判断平面EFGH 与平面ABCD 的位置关系,并用向量方法证明你的判断. [证明] (1)分别连接PE ,PF ,PG ,PH 并延长,交对边于点M ,N ,Q ,R ,连接MN ,NQ ,QR ,RM ,∵E ,F ,G ,H 分别是所在三角形的重心,∴M ,N ,Q ,R 是所在边的中点,且PE →=23PM →,PF →=23PN →,PG →=23PQ →,PH →=23PR →.由题意知四边形MNQR 是平行四边形,∴MQ →=MN →+MR →=(PN →-PM →)+(PR →-PM →)=32(PF →-PE →)+32(PH →-PE →)=32(EF →+EH →).又MQ →=PQ →-PM →=32PG →-32PE →=32EG →.∴EG →=EF →+EH →,由共面向量定理知,E ,F ,G ,H 四点共面.(2)平行.证明如下:由(1)得MQ →=32EG →,∴MQ →∥EG →, ∴EG →∥平面ABCD .又MN →=PN →-PM →=32PF →-32PE → =32EF →,∴MN →∥EF →. 即EF ∥平面ABCD . 又∵EG ∩EF =E ,∴平面EFGH 与平面ABCD 平行1.1.2空间向量的数量积运算一、选择题1.已知a ⊥b ,|a |=2,|b |=3,且(3a +2b )⊥(λa -b ),则λ等于( ) A .32 B .-32 C .±32 D .1A [∵a ⊥b ,∴a ·b =0,∵3a +2b ⊥λa -b ,∴(3a +2b )·(λa -b )=0, 即3λa 2+(2λ-3)a ·b -2b 2=0,∴12λ-18=0,解得λ=32.]2.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 .a 2B .12a 2C .14a 2D .34a 2C [AE →·AF →=12(AB →+AC →)·12AD →=14(AB →·AD →+AC →·AD →)=14⎝ ⎛⎭⎪⎫a ×a ×12+a ×a ×12=14a 2.]3.已知长方体ABCD -A 1B 1C 1D 1,则下列向量的数量积一定不为0的是( ) A .AD 1→·B 1C →B .BD 1→·AC →C .AB →·AD 1→ D .BD 1→·BC →D [对于选项A ,当四边形ADD 1A 1为正方形时,可得AD 1⊥A 1D ,而A 1D ∥B 1C ,可得AD 1⊥B 1C ,此时有AD 1→·B 1C →=0;对于选项B ,当四边形ABCD 为正方形时,AC ⊥BD ,易得AC ⊥平面BB 1D 1D ,故有AC ⊥BD 1,此时有BD 1→·AC →=0;对于选项C ,由长方体的性质,可得AB ⊥平面ADD 1A 1,可得AB ⊥AD 1,此时必有AB →·AD 1→=0;对于选项D ,由长方体的性质,可得BC ⊥平面CDD 1C 1,可得BC ⊥CD 1,△BCD 1为直角三角形,∠BCD 1为直角,故BC 与BD 1不可能垂直,即BD 1→·BC →≠0.故选D.]4.在棱长为a 的正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,向量BA 1→与向量AC →所成的角为( )A .60°B .150°C .90°D .120°D [BA 1→=BA →+AA 1→,|BA 1→|=2a ,AC →=A B →+AD →,|AC →|=2a .∴BA 1→·AC →=BA →·AB →+BA →·AD →+AA 1→·AB →+AA 1→·AD →=-a 2. ∴cos 〈BA 1→,AC →〉=-a 22a ·2a =-12.∴〈BA 1→,AC →〉=120°.]5.如图所示,在平行六面体ABCD -A ′B ′C ′D ′中,AB =1,AD =2,AA ′=3,∠BAD =90°,∠BAA ′=∠DAA ′=60°,则AC ′的长为( )A .13B .23C .33D .43B [∵AC ′→=AB →+BC →+CC ′→,∴AC ′→2=(AB →+BC →+CC ′→)2=AB →2+BC →2+CC ′→2+2(AB →·BC →+AB →·CC ′→+BC →·CC ′→) =12+22+32+2(0+1×3cos 60°+2×3cos 60°) =14+2×92=23,∴|AC ′→|=23,即AC ′的长为23.] 二、填空题6.已知a ,b 是空间两个向量,若|a |=2,|b |=2,|a -b |=7,则cos 〈a ,b 〉=________.18[将|a -b |=7两边平方,得(a -b )2=7. 因为|a |=2,|b |=2,所以a ·b =12.又a ·b =|a ||b |cos 〈a ,b 〉,故cos 〈a ,b 〉=18.]7.已知a ,b 是异面直线,A ,B ∈a ,C ,D ∈b ,AC ⊥b ,BD ⊥b ,且AB =2,CD =1,则a ,b 所成的角是________.60° [AB →=AC →+CD →+DB →,∴CD →·AB →=CD →·(AC →+CD →+DB →)=|CD →|2=1, ∴cos 〈CD →,AB →〉=CD →·AB →|CD →||AB →|=12,∴异面直线a ,b 所成角是60°.]8.已知|a |=2,|b |=1,〈a ,b 〉=60°,则使向量a +λb 与λa -2b 的夹角为钝角的实数λ的取值范围是________.(-1-3,-1+3) [由题意知 ⎩⎨⎧(a +λb )·(λa -2b )<0,cos 〈a +λb ,λa -2b 〉≠-1. 即⎩⎨⎧(a +λb )·(λa -2b )<0,(a +λb )·(λa -2b )≠-|a +λb ||λa -2b |,得λ2+2λ-2<0.∴-1-3<λ<-1+ 3.] 三、解答题9.如图,在四棱锥P -ABCD 中,底面ABCD 是边长为1的正方形,侧棱P A 的长为2,且P A 与AB 、AD 的夹角都等于60°,M 是PC 的中点,设AB →=a ,AD →=b ,AP →=c .(1)试用a ,b ,c 表示出向量BM →; (2)求BM 的长.[解] (1)∵M 是PC 的中点,∴BM →=12(BC →+BP →)=12[AD →+(AP →-AB →)] =12[b +(c -a )]=-12a +12b +12c .(2)由于AB =AD =1,P A =2,∴|a |=|b |=1,|c |=2,由于AB ⊥AD ,∠P AB =∠P AD =60°,∴a·b =0,a·c =b·c =2·1·cos 60°=1, 由于BM →=12(-a +b +c ),|BM →|2=14(-a +b +c )2=14[a 2+b 2+c 2+2(-a·b -a·c +b·c )]=14[12+12+22+2(0-1+1)]=32.∴|BM →|=62,∴BM 的长为62.10.如图,已知直三棱柱ABC -A ′B ′C ′中,AC =BC =AA ′,∠ACB =90°,D ,E 分别为AB ,BB ′的中点.(1)求证:CE ⊥A ′D ;(2)求异面直线CE 与AC ′所成角的余弦值. [解] (1)证明:设CA →=a ,CB →=b ,CC ′→=c , 根据题意得|a |=|b |=|c |,且a·b =b·c =c·a =0. ∴CE →=b +12c ,A ′D →=-c +12b -12a .∴CE →·A ′D →=⎝ ⎛⎭⎪⎫b +12c ·⎝ ⎛⎭⎪⎫-c +12b -12a =-12c 2+12b 2=0, ∴CE →⊥A ′D →,即CE ⊥A ′D .(2)∵AC ′→=-a +c ,∴|AC ′→|=2|a |,|CE →|=52|a |, ∵AC ′→·CE →=(-a +c )·⎝ ⎛⎭⎪⎫b +12c =12c 2=12|a |2, ∴cos 〈AC ′→,CE →〉=12|a |22×52|a |2=1010.∴异面直线CE 与AC ′所成角的余弦值为1010.11.(多选题)在正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,下列命题正确的有( ) A .(AA 1→+AD →+AB →)2=3AB →2 B .A 1C →·(A 1B 1→-A 1A →)=0 C .AD 1→与A 1B →的夹角为60° D .正方体的体积为|AB →·AA 1→·AD →|AB [如图,(AA 1→+AD →+AB →)2=(AA 1→+A 1D 1→+D 1C 1→)2=AC 1→2=3AB →2;A 1C →·(A 1B 1→-A 1A →)=A 1C →·AB 1→=0;AD 1→与A 1B →的夹角是D 1C →与D 1A →夹角的补角,而D 1C →与D 1A →的夹角为60°,故AD 1→与A 1B →的夹角为120°;正方体的体积为|AB →||AA 1→||AD →|.故选AB.]12.已知正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1的棱长为1,若E 是底面正方形A 1B 1C 1D 1的中心, 则AC 1→与CE →( )A .重合B .平行但不重合C .垂直D .无法确定C [AC 1→=AB →+AD →+AA 1→,CE →=CC 1→+C 1E →=AA 1→-12(AB →+AD →),于是AC 1→·CE →=(AB →+AD →+AA 1→)·⎣⎢⎡⎦⎥⎤AA 1-12(AB →+AD →)=AB →·AA 1→-12AB →2-12AB →·AD →+AD →·AA 1→-12AD →·AB →-12AD →2+AA 1→2-12AA 1→·AB →-12AA 1→·AD →=0-12-0+0-0-12+1-0-0=0,故AC 1→⊥CE →.]13.(一题两空)如图,在长方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,设AD =AA 1=1,AB =2,P 是C 1D 1的中点,则B 1C →·A 1P →=________,B 1C →与A 1P →所成角的大小为________.1 60° [法一:连接A 1D ,则∠P A 1D 就是B 1C →与A 1P →所成角.连接PD ,在△P A 1D 中,易得P A 1=DA 1=PD =2,即△P A 1D 为等边三角形,从而∠P A 1D =60°,即B 1C →与A 1P →所成角的大小为60°.因此B 1C →·A 1P →=2×2×cos 60°=1.法二:根据向量的线性运算可得B 1C →·A 1P →=(A 1A →+AD →)·⎝⎛⎭⎪⎫AD →+12AB →=AD →2=1. 由题意可得P A 1=B 1C =2,则2×2×cos 〈B 1C →,A 1P →〉=1,从而〈B 1C →,A 1P →〉=60°.]14.已知在正四面体D -ABC 中,所有棱长都为1,△ABC 的重心为G ,则DG 的长为________.63 [如图,连接AG 并延长交BC 于点M ,连接DM ,∵G 是△ABC 的重心,∴AG =23AM ,∴AG →=23AM →,DG →=DA →+AG →=DA →+23AM →=DA →+23(DM →-DA →)=DA →+23⎣⎢⎡⎦⎥⎤12(DB →+DC →)-DA →=13(DA →+DB →+DC →),而(DA →+DB →+DC →)2=DA →2+DB →2+DC →2+2DA →·DB →+2DB →·DC →+2DC →·DA →=1+1+1+2(cos 60°+cos 60°+cos 60°)=6,∴|DG →|=63.]15.如图,正四面体V -ABC 的高VD 的中点为O ,VC 的中点为M .(1)求证:AO ,BO ,CO 两两垂直;(2)求〈DM →,AO →〉.[解] (1)证明:设VA →=a ,VB →=b ,VC →=c ,正四面体的棱长为1, 则VD →=13(a +b +c ),AO →=16(b +c -5a ), BO →=16(a +c -5b ),CO →=16(a +b -5c ),所以AO →·BO →=136(b +c -5a )·(a +c -5b )=136(18a ·b -9|a |2)=136(18×1×1×cos 60°-9)=0,所以AO →⊥BO →,即AO ⊥BO .同理,AO ⊥CO ,BO ⊥CO . 所以AO ,BO ,CO 两两垂直.(2)DM →=DV →+VM →=-13(a +b +c )+12c =16(-2a -2b +c ),所以|DM →|=⎣⎢⎡⎦⎥⎤16(-2a -2b +c )2=12. 又|AO →|=⎣⎢⎡⎦⎥⎤16(b +c -5a )2=22,DM →·AO →=16(-2a -2b +c )·16(b +c -5a )=14, 所以cos 〈DM →,AO →〉=1412×22=22. 又〈DM →,AO →〉∈[0,π], 所以〈DM →,AO →〉=π4.1.2空间向量基本定理一、选择题1.若向量{a ,b ,c }是空间的一个基底,则一定可以与向量p =2a +b ,q =2a-b 构成空间的另一个基底的向量是( )A .aB .bC .cD .a +bC [由p =2a +b ,q =2a -b 得a =14p +14q ,所以a 、p 、q 共面,故a 、p 、q 不能构成空间的一个基底,排除A ;因为b =12p -12q ,所以b 、p 、q 共面,故b 、p 、q 不能构成空间的一个基底,排除B ;因为a +b =34p -14q ,所以a +b 、p 、q 共面,故a +b 、p 、q 不能构成空间的一个基底,排除D.]2.在平行六面体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,M 是上底面对角线AC 与BD 的交点,若A 1B 1→=a ,A 1D 1→=b ,A 1A →=c ,则B 1M →可表示为( )A .12a +12b +cB .12a -12b +cC .-12a -12b +cD .-12a +12b +cD [由于B 1M →=B 1B →+BM →=B 1B →+12(BA →+BC →) =-12a +12b +c ,故选D.]3.若向量MA →,MB →,MC →的起点M 与终点A ,B ,C 互不重合,且点M ,A ,B ,C 中无三点共线,满足下列关系(O 是空间任一点),则能使向量MA →,MB →,MC →成为空间一个基底的关系是( )A .OM →=13OA →+13OB →+13OC → B .MA →≠MB →+MC → C .OM →=OA →+OB →+OC →D .MA →=2MB →-MC →C [若MA →,MB →,MC →为空间一组基向量,则M ,A ,B ,C 四点不共面.选项A 中,因为13+13+13=1,所以点M ,A ,B ,C 共面;选项B 中,MA →≠MB →+MC →,但可能存在实数λ,μ使得MA →=λMB →+μMC →,所以点M ,A ,B ,C 可能共面;选项D 中,四点M ,A ,B ,C 显然共面.故选C.]4.空间四边形OABC 中,OA →=a ,OB →=b ,OC →=c ,点M 在OA 上,且OM →=2MA →,N 为BC 中点,则MN →为( )A .12a -23b +12cB .-23a +12b +12cC .12a +12b -23cD .23a +23b -12cB [MN →=MA →+AB →+BN →=13OA →+OB →-OA →+12(OC →-OB →)=-23OA →+12OB →+12OC →=-23a +12b +12c .]5.平行六面体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,向量AB →,AD →,AA 1→两两的夹角均为60°且|AB →|=1,|AD →|=2,|AA 1→|=3,则|AC 1→|等于( )A .5B .6C .4D .8A [在平行六面体ABCD -A 1B 1C 1D 1中有,AC 1→=AB →+AD →+CC 1→=AB →+AD →+AA 1→所以有|AC 1→|=|AB →+AD →+AA 1→|,于是有|AC 1→|2=|AB →+AD →+AA 1→|2=|AB →|2+|AD →|2+|AA 1→|2+2|AB →|·|AD →|·cos 60°+2|AB →|·|AA 1→|·cos 60°+2|AD →||AA 1→|·cos 60°=25,所以|AC 1→|=5.]二、填空题6.在四面体OABC 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)12a +14b +14c [因为在四面体OABC 中,OA →=a ,OB →=b ,OC →=c ,D 为BC 的中点,E 为AD 的中点,所以OE →=12(OA →+OD →)=12OA →+12OD →=12a +12×12(OB →+OC →)=12a +14(b +c )=12a +14b +14c .]7.已知{a ,b ,c }是空间的一个单位正交基底,{a +b ,a -b ,c }是空间的另一个基底,若向量m 在基底{a ,b ,c }下表示为m =3a +5b +9c ,则m 在基底{a +b ,a -b,3c }下可表示为________.4(a +b )-(a -b )+3(3c ) [由题意知,m =3a +5b +9c ,设m =x (a +b )+y (a -b )+z (3c )则有⎩⎨⎧ x +y =3x -y =53z =9,解得⎩⎨⎧x =4y =-1z =3.则m 在基底{a +b ,a -b,3c }可表示为m =4(a +b )-(a -b )+3(3c ).] 8.在四棱锥P -ABCD 中,ABCD 为平行四边形,AC 与BD 交于O ,G 为BD 上一点,BG =2GD ,P A →=a ,PB →=b ,PC →=c ,试用基底{a ,b ,c }表示向量PG →=________.23a -13b +23c [因为BG =2GD ,所以BG →=23BD →. 又BD →=BA →+BC →=P A →-PB →+PC →-PB →=a +c -2b , 所以PG →=PB →+BG →=b +23(a +c -2b ) =23a -13b +23c .] 三、解答题9.如图所示,正方体OABC -O ′A ′B ′C ′,且OA →=a ,OC →=b ,OO ′→=c .(1)用a ,b ,c 表示向量OB ′→,AC ′→;(2)设G ,H 分别是侧面BB ′C ′C 和O ′A ′B ′C ′的中心,用a ,b ,c 表示GH →.[解] (1)OB ′→=OB →+BB ′→=OA →+OC →+OO ′→=a +b +c . AC ′→=AC →+CC ′→=AB →+AO →+AA ′→=OC →+OO ′→-OA →=b +c -a . (2)法一:连接OG ,OH (图略), 则GH →=GO →+OH →=-OG →+OH → =-12(OB ′→+OC →)+12(OB ′→+OO ′→) =-12(a +b +c +b )+12(a +b +c +c ) =12(c -b ).法二:连接O ′C (图略),则GH →=12CO ′→=12(OO ′→-OC →) =12(c -b ).10.如图,在平行六面体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,MA →=-13AC →,ND →=13A 1D →,设AB →=a ,AD →=b ,AA 1→=c ,试用a ,b ,c 表示MN →.[解] 连接AN ,则MN →=MA →+AN →.由已知可得四边形ABCD 是平行四边形,从而可得 AC →=AB →+AD →=a +b , MA →=-13AC →=-13(a +b ), 又A 1D →=AD →-AA 1→=b -c ,故AN →=AD →+DN →=AD →-ND →=AD →-13A 1D →=b -13(b -c ), 所以MN →=MA →+AN → =-13(a +b )+b -13(b -c ) =13(-a +b +c ).11.(多选题)已知a ,b ,c 是不共面的三个向量,则下列向量组中,不能构成一个基底的一组向量是( )A .2a ,a -b ,a +2bB .2b ,b -a ,b +2aC .a,2b ,b -cD .c ,a +c ,a -cABD [对于A ,因为2a =43(a -b )+23(a +2b ),得2a 、a -b 、a +2b 三个向量共面,故它们不能构成一个基底;对于B ,因为2b =43(b -a )+23(b +2a ),得2b 、b -a 、b +2a 三个向量共面,故它们不能构成一个基底;对于C ,因为找不到实数λ、μ,使a =λ·2b +μ(b -c )成立,故a 、2b 、b -c 三个向量不共面,它们能构成一个基底;对于D ,因为c =12(a +c )-12(a -c ),得c 、a +c 、a -c 三个向量共面,故它们不能构成一个基底,故选ABD.]12.(多选题)给出下列命题,正确命题的有( )A .若{a ,b ,c }可以作为空间的一个基底,d 与c 共线,d ≠0,则{a ,b ,d }也可以作为空间的一个基底B .已知向量a ∥b ,则a ,b 与任何向量都不能构成空间的一个基底C .A ,B ,M ,N 是空间四点,若BA →,BM →,BN →不能构成空间的一个基底,则A ,B ,M ,N 四点共面D .已知{a ,b ,c }是空间的一个基底,若m =a +c ,则{a ,b ,m }也是空间的一个基底ABCD [根据基底的概念,知空间中任何三个不共面的向量都可作为空间的一个基底.显然B 正确.C 中由BA →,BM →,BN →不能构成空间的一个基底,知BA →,BM →,BN →共面.又BA →,BM →,BN →过相同点B ,知A ,B ,M ,N 四点共面.所以C 正确.下面证明AD 正确:A 假设d 与a ,b 共面,则存在实数λ,μ,使得d =λa +μb ,∵d 与c 共线,c ≠0,∴存在实数k ,使得d =k c .∵d ≠0,∴k ≠0,从而c =λk a +μk b ,∴c 与a ,b 共面,与条件矛盾,∴d 与a ,b 不共面.同理可证D 也是正确的.于是ABCD 四个命题都正确,故选ABCD.]13.(一题两空)已知空间的一个基底{a ,b ,c },m =a -b +c ,n =x a +y b +c ,若m 与n 共线,则x =________,y =________.1 -1 [因为m 与n 共线, 所以存在实数λ,使m =λn ,即a -b +c =λx a +λy b +λc ,于是有⎩⎨⎧1=λx ,-1=λy ,1=λ,解得⎩⎨⎧x =1,y =-1.]14.(一题多空)已知e 1,e 2是空间单位向量,e 1·e 2=12.若空间向量b 满足b ·e 1=2,b ·e 2=52,且对于任意x ,y ∈R ,|b -(x e 1+y e 2)|≥|b -(x 0e 1+y 0e 2)|=1(x 0,y 0∈R ),则x 0=________,y 0=________,|b |=________.1 2 22 [由题意可令b =x 0e 1+y 0e 2+e 3,其中|e 3|=1,e 3⊥e i ,i =1,2.由b ·e 1=2得x 0+y 02=2,由b ·e 2=52得x 02+y 0=52,解得x 0=1,y 0=2,∴|b |=(e 1+2e 2+e 3)2=2 2.]15.在平行六面体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,设AB →=a ,AD →=b ,AA 1→=c ,E ,F 分别是AD 1,BD 的中点.(1)用向量a ,b ,c 表示D 1B →,EF →;(2)若D 1F →=x a +y b +z c ,求实数x ,y ,z 的值. [解] (1)如图,D 1B →=D 1D →+DB →=-AA 1→+AB →-AD →=a -b -c ,EF →=EA →+AF →=12D 1A →+12AC →=-12(AA 1→+AD →)+12(AB →+AD →)=12(a -c ). (2)D 1F →=12(D 1D →+D 1B →)=12(-AA 1→+AB →-AD 1→) =12(-AA 1→+AB →-AD →-DD 1→) =12(a -c -b -c )=12a -12b -c , ∴x =12,y =-12,z =-1.1.3.1空间直角坐标系一、选择题1.空间两点A ,B 的坐标分别为(x ,-y ,z ),(-x ,-y ,-z ),则A ,B 两点的位置关系是( )A .关于x 轴对称B .关于y 轴对称C .关于z 轴对称D .关于原点对称B [纵坐标相同,横坐标和竖坐标互为相反数,故两点关于y 轴对称.] 2.已知A (1,2,-1),B (5,6,7),则直线AB 与平面xOz 交点的坐标是( ) A .(0,1,1) B .(0,1,-3)C .(-1,0,3)D .(-1,0,-5)D [设直线AB 与平面xoz 交点坐标是M (x ,y ,z ),则AM →=(x -1,-2,z +1),AB →=(4,4,8),又AM →与AB →共线,∴AM →=λAB →,即⎩⎨⎧x -1=4λ,-2=4λ,z +1=8λ,解得x =-1,z =-5,∴点M (-1,0,-5).故选D.]3.设A (3,3,1),B (1,0,5),C (0,1,0),则AB 的中点M 到点C 的距离|CM |=( ) A .534 B .532 C .532D .132 C [M ⎝ ⎛⎭⎪⎫2,32,3 ,|CM |=4+⎝ ⎛⎭⎪⎫32-12+9=532.] 4.如图,在空间直角坐标系中,正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1的棱长为1,B 1E =14A 1B 1,则BE →等于( )A .⎝ ⎛⎭⎪⎫0,14,-1B .⎝ ⎛⎭⎪⎫-14,0,1C .⎝ ⎛⎭⎪⎫0,-14,1D .⎝ ⎛⎭⎪⎫14,0,-1C [{DA →,DC →,DD 1→}为单位正交向量,BE →=BB 1→+B 1E →=-14DC →+DD 1→,∴BE →=⎝ ⎛⎭⎪⎫0,-14,1.] 5.设{i ,j ,k }是单位正交基底,已知向量p 在基底{a ,b ,c }下的坐标为(8,6,4),其中a =i +j ,b =j +k ,c =k +i ,则向量p 在基底{i ,j ,k }下的坐标是( )A .(12,14,10)B .(10,12,14)C .(14,12,10)D .(4,3,2)A [依题意,知p =8a +6b +4c =8(i +j )+6(j +k )+4(k +i )=12i +14j +10k ,故向量p 在基底{i ,j ,k }下的坐标是(12,14,10).]二、填空题6.在空间直角坐标系中,已知点P (1,2,3),过点P 作平面yOz 的垂线PQ ,则垂足Q 的坐标为________.(0,2,3) [过P 的垂线PQ ⊥面yOz ,则Q 点横坐标为0,其余不变,故Q (0,2,3).]7.设{e 1,e 2,e 3}是空间向量的一个单位正交基底,a =4e 1-8e 2+3e 3,b =-2e 1-3e 2+7e 3,则a ,b 的坐标分别为________.(4,-8,3),(-2,-3,7) [由题意可知a =(4,-8,3),b =(-2,-3,7).] 8.如图所示,以长方体ABCD -A 1B 1C 1D 1的顶点D 为坐标原点,过D 的三条棱所在的直线为坐标轴,建立空间直角坐标系,若DB 1→的坐标为(4,3,2),则AC 1→的坐标为________.(-4,3,2) [由DB 1→=DA →+DC →+DD 1→,且DB 1→=(4,3,2),∴|DA →|=4,|DC →|=3,|DD 1→|=2,又AC 1→=-DA →+DC →+DD 1→,∴AC 1→=(-4,3,2).]三、解答题9.已知三棱柱ABC -A 1B 1C 1中,侧棱AA 1⊥底面ABC ,所有的棱长都是1,建立适当的坐标系,并写出各点的坐标.[解] 如图所示,取AC 的中点O 和A 1C 1的中点O 1,可得BO ⊥AC ,OO 1⊥AC ,分别以OB ,OC ,OO 1所在直线为x 轴、y 轴、z 轴建立空间直角坐标系.∵三棱柱各棱长均为1,∴OA =OC =O 1C 1=O 1A 1=12,OB =32. ∵A ,B ,C 均在坐标轴上,∴A ⎝ ⎛⎭⎪⎫0,-12,0,B ⎝ ⎛⎭⎪⎫32,0,0,C ⎝ ⎛⎭⎪⎫0,12,0.∵点A 1与C 1在yOz 平面内, ∴A 1⎝ ⎛⎭⎪⎫0,-12,1,C 1⎝ ⎛⎭⎪⎫0,12,1.∵点B 1在xOy 平面内的射影为B ,且BB 1=1,∴B 1⎝ ⎛⎭⎪⎫32,0,1,即各点的坐标为A ⎝ ⎛⎭⎪⎫0,-12,0,B ⎝ ⎛⎭⎪⎫32,0,0,C ⎝ ⎛⎭⎪⎫0,12,0,A 1⎝ ⎛⎭⎪⎫0,-12,1,B 1⎝ ⎛⎭⎪⎫32,0,1,C 1⎝ ⎛⎭⎪⎫0,12,1. 10.棱长为1的正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,E ,F ,G 分别为棱DD 1,D 1C 1,BC 的中点,以{AB →,AD →,AA 1→}为正交基底,求下列向量的坐标:(1)AE →,AF →,AG →; (2)EF →,EG →,DG →.[解] 在正交基底{AB →,AD →,AA 1→}下,(1)AF →=12AB →+AD →+AA 1→, AE →=AD →+12AA 1→,AG →=AB →+12AD →,∴AE →=⎝ ⎛⎭⎪⎫0,1,12,AF →=⎝ ⎛⎭⎪⎫12,1,1,AG →=⎝ ⎛⎭⎪⎫1,12,0.(2)EF →=AF →-AE →=12AB →+12AA 1→,∴EF →=⎝ ⎛⎭⎪⎫12,0,12;EG →=AG →-AE →=AB →-12AD →-12AA 1→,∴EG →=⎝ ⎛⎭⎪⎫1,-12,-12;DG →=AG →-AD →=AB→-12AD →,∴DG →=⎝ ⎛⎭⎪⎫1,-12,0.11.(多选题)下列各命题正确的是( ) A .点(1,-2,3)关于平面xOz 的对称点为(1,2,3) B .点⎝ ⎛⎭⎪⎫12,1,-3关于y 轴的对称点为⎝ ⎛⎭⎪⎫-12,1,3C .点(2,-1,3)到平面yOz 的距离为1D .设{i ,j ,k }是空间向量的单位正交基底,若m =3i -2j +4k ,则m =(3,-2,4).ABD [“关于谁对称谁不变”,∴A 正确,B 正确,C 中(2,-1,3)到面yOz 的距离为2,∴C 错误.根据空间向量的坐标定义,D 正确.]12.在棱长为1的正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,P 为正方体内一动点(包括表面),若AP →=xAB →+yAD →+zAA 1→,且0≤x ≤y ≤z ≤1.则点P 所有可能的位置所构成的几何体的体积是( )A .1B .12C .13D .16D [根据向量加法的几何意义和空间向量基本定理,满足0≤x ≤y ≤1的点P 在三棱柱ACD -A 1C 1D 1内;满足0≤y ≤z ≤1的点P 在三棱柱AA 1D 1-BB 1C 1内,故同时满足0≤x ≤y ≤1,0≤y ≤z ≤1的点P 在这两个三棱柱的公共部分(如图),即三棱锥A -A 1C 1D 1,其体积是13×12×1×1×1=16.]13.三棱锥P -ABC 中,∠ABC 为直角,PB ⊥平面ABC ,AB =BC =PB =1,M为PC 的中点,N 为AC 的中点,以{BA →,BC →,BP →}为基底,则MN →的坐标为________.⎝ ⎛⎭⎪⎫12,0,-12 [MN →=BN →-BM → =12(BA →+BC →)-12(BP →+BC →) =12BA →-12BP →, 故MN →=⎝ ⎛⎭⎪⎫12,0,-12.] 14.已知O 是坐标原点,点A (2,0,-2),B (3,1,2),C (2,-1,7). (1)若点P 满足OP →=OA →+OB →+OC →,则点P 的坐标为________; (2)若点P 满足AP →=2AB →-AC →,则点P 的坐标为________.(1)(7,0,7) (2)(4,3,-3) [(1)中OP →=OA →+OB →+OC →=(2i -2k )+(3i +j +2k )+(2i -j +7k )=7i +0j +7k ,∴P (7,0,7).(2)中,AP →=2AB →-AC →得OP →-OA →=2OB →-2OA →-OC →+OA →,∴OP →=2OB →-OC →=2(3i +j +2k )-(2i -j +7k ) =4i +3j -3k ,∴P (4,3,-3).]15.如图,在正四棱锥P -ABCD 中,底面ABCD 是边长为1的正方形,O 是AC 与BD 的交点,PO =1,M 是PC 的中点.设AB →=a ,AD →=b ,AP →=c .(1)用向量a ,b ,c 表示BM →.(2)在如图的空间直角坐标系中,求BM →的坐标.[解] (1)∵BM →=BC →+CM →,BC →=AD →,CM →=12CP →,CP →=AP →-AC →,AC →=AB →+AD →,∴BM →=AD →+12(AP →-AC →)=AD →+12AP →-12(AB →+AD →)=-12AB →+12AD →+12AP →=-12a +12b +12c .(2)a =AB →=(1,0,0),b =AD →=(0,1,0).∵A (0,0,0),O ⎝ ⎛⎭⎪⎫12,12,0,P ⎝ ⎛⎭⎪⎫12,12,1,∴c =AP →=OP →-OA →=⎝ ⎛⎭⎪⎫12,12,1,∴BM →=-12a +12b +12c =-12(1,0,0)+12(0,1,0)+12⎝ ⎛⎭⎪⎫12,12,1=⎝ ⎛⎭⎪⎫-14,34,12.1.3.2空间运算的坐标表示一、选择题1.已知三点A (1,5,-2),B (2,4,1),C (a,3,b +2)在同一条直线上,那么( ) A .a =3,b =-3 B .a =6,b =-1 C .a =3,b =2D .a =-2,b =1C [根据题意AB →=(1,-1,3),AC →=(a -1,-2,b +4), ∵AB →与AC →共线,∴AC →=λAB →, ∴(a -1,-2,b +4)=(λ,-λ,3λ),∴⎩⎨⎧a -1=λ,-2=-λ,b +4=3λ,解得⎩⎨⎧a =3,b =2,λ=2.故选C.]2.已知a =(2,3,-4),b =(-4,-3,-2),b =12x -2a ,则x 等于( ) A .(0,3,-6) B .(0,6,-20) C .(0,6,-6)D .(6,6,-6)B [由题a =(2,3,-4),b =(-4,-3,-2),设x =(w ,y ,z )则由b =12x -2a ,可得(-4,-3,-2)=12(w ,y ,z )-2(2,3,-4)=⎝ ⎛⎭⎪⎫12w ,12y ,12z-(4,6,-8)=⎝ ⎛⎭⎪⎫12w -4,12y -6,12z +8,解得w =0,y =6,z =-20,即x =(0,6,-20).]3.已知向量a =(1,0,-1),则下列向量中与a 成60°夹角的是( ) A .(-1,1,0) B .(1,-1,0) C .(0,-1,1)D .(-1,0,1)B [不妨设向量为b =(x ,y ,z ),A .若b =(-1,1,0),则cos θ=a ·b |a |·|b |=-12×2=-12≠12,不满足条件. B .若b =(1,-1,0),则cos θ=a ·b |a |·|b |=12×2=12,满足条件. C .若b =(0,-1,1),则cos θ=a ·b |a |·|b |=-12×2=-12≠12,不满足条件. D .若b =(-1,0,1),则cos θ=a ·b |a |·|b |=-22×2=-1≠12,不满足条件.故选B.]4.已知向量a =(-2,x,2),b =(2,1,2),c =(4,-2,1),若a ⊥(b -c ),则x 的值为( )A .-2B .2C .3D .-3A [∵b -c =(-2,3,1),a ·(b -c )=4+3x +2=0,∴x =-2.]5.已知A 、B 、C 三点的坐标分别为A (4,1,3),B (2,-5,1),C (3,7,λ),若AB →⊥AC →,则λ等于( )A .28B .-28C .14D .-14D [AB →=(-2,-6,-2),AC →=(-1,6,λ-3),∵AB →⊥AC →,∴AB →·AC →=-2×(-1)-6×6-2(λ-3)=0,解得λ=-14.] 二、填空题6.已知a =(1,1,0),b =(0,1,1),c =(1,0,1),p =a -b ,q =a +2b -c ,则p ·q =________.-1 [∵p =a -b =(1,0,-1),q =a +2b -c =(0,3,1), ∴p ·q =1×0+0×3+(-1)×1=-1.]7.已知空间三点A (1,1,1),B (-1,0,4),C (2,-2,3),则AB →与CA →的夹角θ的大小是________.120° [AB →=(-2,-1,3),CA →=(-1,3,-2),cos 〈AB →,CA →〉=(-2)×(-1)+(-1)×3+3×(-2)14·14=-12,∴θ=〈AB →,CA →〉=120°.]8.如图,正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1的棱长为1,E 、F 分别是棱BC 、DD 1上的点,如果B 1E ⊥平面ABF ,则CE 与DF 的和的值为________.1 [以D 1A 1、D 1C 1、D 1D 分别为x ,y ,z 轴建立空间直角坐标系(图略),设CE =x ,DF =y ,则易知E (x,1,1),B 1(1,1,0),∴B 1E →=(x -1,0,1),又F (0,0,1-y ),B (1,1,1),∴FB →=(1,1,y ),由于AB ⊥B 1E ,若B 1E ⊥平面ABF ,只需FB →·B 1E →=(1,1,y )·(x -1,0,1)=0⇒x +y =1.] 三、解答题9.已知空间中三点A (-2,0,2),B (-1,1,2),C (-3,0,4),设a =AB →,b =AC →. (1)求向量a 与向量b 的夹角的余弦值;(2)若k a +b 与k a -2b 互相垂直,求实数k 的值.[解] (1)∵a =(1,1,0),b =(-1,0,2),∴a·b =(1,1,0)·(-1,0,2)=-1, 又|a |=12+12+02=2,|b |=(-1)2+02+22=5,∴cos 〈a ,b 〉=a ·b |a ||b |=-110=-1010,即向量a 与向量b 的夹角的余弦值为-1010.(2)法一:∵k a +b =(k -1,k,2),k a -2b =(k +2,k ,-4),且k a +b 与k a -2b 互相垂直,∴(k -1,k,2)·(k +2,k ,-4)=(k -1)(k +2)+k 2-8=0,∴k =2或k =-52, ∴当k a +b 与k a -2b 互相垂直时,实数k 的值为2或-52. 法二:由(1)知|a |=2,|b |=5,a·b =-1,∴(k a +b )·(k a -2b )=k 2a 2-k a ·b -2b 2=2k 2+k -10=0,得k =2或k =-52. 10.已知正三棱柱ABC -A 1B 1C 1,底面边长AB =2,AB 1⊥BC 1,点O ,O 1分别是边AC ,A 1C 1的中点,建立如图所示的空间直角坐标系.(1)求正三棱柱的侧棱长;(2)求异面直线AB 1与BC 所成角的余弦值. [解] (1)设正三棱柱的侧棱长为h ,由题意得A (0,-1,0),B (3,0,0),C (0,1,0),B 1(3,0,h ),C 1(0,1,h ), 则AB 1→=(3,1,h ),BC 1→=(-3,1,h ), 因为AB 1⊥BC 1,所以AB 1→·BC 1→=-3+1+h 2=0, 所以h = 2.(2)由(1)可知AB 1→=(3,1,2),BC →=(-3,1,0), 所以AB 1→·BC →=-3+1=-2.因为|AB 1→|=6,|BC →|=2,所以cos 〈AB 1→,BC →〉=-226=-66.所以异面直线AB 1与BC 所成角的余弦值为66.11.(多选题)若向量a =(1,2,0),b =(-2,0,1),则下列结论正确的是( )。
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空间中的垂直关系练习题
知识点小结
一.线面垂直定义:如果直线AB 与平面α相交于点O,并且和这个平面内过交点O 的任何直线都垂直,我们就说直线AB 与平面α互相垂直,直线AB 叫做平面α的_________,平面α叫做直线L 的_________,交点P 叫做_________。
垂线上任意一点到垂足间的线段,叫做这个点到这个平面的_________,垂线段的长度叫做点到平面的_________。
由定义:如果一条直线垂直于一个平面,那么_____________________________。
二.判定定理:如果一条直线与平面内的______________垂直,则这条直线与这个平面垂直。
符号语言:
推论1 如果在两条平行直线中,有一条垂直于平面,那么__________________________。
推论2 如果在两条直线垂直于同一平面,那么这两条直线_________。
三.平面与平面垂直的判定
1.平面与平面垂直定义 如果两个相交平面的交线与第三个平面垂直,又这两个平面与_________________互相垂直,就称这两个平面互相垂直。
2.平面与平面垂直的判定定理 如果一个平面过另一个平面的_________,则两个平面互相垂直。
3.平面与平面垂直的性质定理 如果两个平面互相垂直,那么_____________________________________。
一.选择题
1在空间,如果一个角的两边分别与另一个角的两边垂直,那么这两个角的关系是( )
A.相等
B.互补
C.相等或互补
D.无法确定
2.个平面γβα,,,之间有α⊥γ,β⊥
γ,则α与β ( ) A.垂直 B.平行 C.相交 D.以上三种可能都有
3.下列命题正确的是( )
A 、若两条直线和同一个平面所成的角相等,则这两条直线平行
B 、若一个平面内有三个点到另一个平面的距离相等,则这两个平面平行
C 、若一条直线平行于两个相交平面,则这条直线与这两个平面的交线平行
D 、若两个平面都垂直于第三个平面,则这两个平面平行
4.若l 为一条直线,α、β、γ为三个互不重合的平面,给出下面三个命题:
①α⊥γ,β⊥γ⇒α⊥β;②α⊥γ,β∥γ⇒α⊥β;
③l ∥α,l ⊥β⇒α⊥β.
其中的真命题有( )
A .0个
B .1个
C .2个
D .3个
5.设l,m是两条不同的直线,α是一个平面,则下列命题正确的是( )
A.若l⊥m,m⊂α,则l⊥αB.若l⊥α,m⊂α,则l⊥m
C.若l∥α,l∥m,则m∥αD.若l∥α,m∥α,则l∥m
6.设m、n是两条不同的直线,α、β是两个不同的平面,下列命题中正确的命题是( ) A.m⊥α,n⊂β,m⊥n⇒α⊥βB.α∥β,m⊥α,n∥β⇒m⊥n
C.α⊥β,m⊥α,n∥β⇒m⊥n D.α⊥β,α∩β=m,n⊥m⇒n⊥β
7.在正四面体P-ABC中,D、E、F分别是AB、BC、CA的中点,下面四个结论不成立的是( )
A.BC∥平面PDF
B.DF⊥平面PAE
C.平面PDF⊥平面PAE
D.平面PDE⊥平面ABC
8.四个命题:①若直线a//平面α,则α内任何直线都与a平行;
②若直线a⊥平面α,则α内任何直线都与a垂直;
③若平面α//平面β,则β内任何直线都与α平行;
④若平面α⊥平面β,则β内任何直线都与α垂直.其中正确的两个命题是( )
A.①与②B.②与③C.③与④D.②与④
9.如图、—ABCD的底面为正方形,SD⊥底面ABCD,则下列结论中不正确的是( )
A.AC⊥SB
B.AB∥平面SCD
C.SA与平面SBD所成的角等于SC与平面SBD所成的角
D.AB与SC所成的角等于DC与SA所成的角
10.设α,β,γ是三个不重合的平面,l是直线,给出下列命题
①若α⊥β,β⊥γ,则α⊥γ;②若l上两点到α的距离相等,则l∥α;③若l⊥α,l∥β,则α⊥β;④若α∥β,l⊄β,且l∥α,则l∥β.
其中正确的命题是( )
A.①②B.②③
C.②④D.③④
11.如下图,在立体图形D-ABC中,若AB=CB,AD=CD,E是AC的中点,则下列结论正确的是( )
A.平面ABC⊥平面ABD
B.平面ABD⊥平面BDC
C.平面ABC⊥平面BDE,且平面ADC⊥平面BDE
D.平面ABC⊥平面ADC,且平面ADC⊥平面BDE
12. 若正四棱柱ABCD-A1B1C1D1的底面边长为1,AB1与底面ABCD成60°角,则A1C1到底面ABCD的距离为( )
A.
3
3
B.1
C. 2
D. 3
二.填空题
1.已知直线l ,m ,n ,平面α,m ⊂α,n ⊂α,则“l ⊥α”是“l ⊥m 且l ⊥n ”的________条件.
2.已知m ,n 是两条不同的直线,α,β为两个不同的平面,下列四个命题:
①若m ⊥α,n ⊥β,m ⊥n ,则α⊥β;
②若m ∥α,n ∥β,m ⊥n ,则α∥β;
③若m ⊥α,n ∥β,m ⊥n ,则α∥β;
④若m ⊥α,n ⊥β,α⊥β,则m ⊥n .
其中正确的命题是(填上所有正确命题的序号)________.
3.如左下图,在长方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,AB =BC =2,A 1D 与BC 1所成的角为π2
,则BC 1与平面BB 1D 1D 所成角的正弦值为____________.
4.如右上图,在直四棱柱ABCD -A 1B 1C 1D 1中,∠ADC =90°,且AA 1=AD =DC =2,M ∈平面ABCD ,当D 1M ⊥平面A 1C 1D 时,DM =________.
三.解答题
1.如图,在四棱锥ABCD P -中,底面为直角梯形,//,90AD BC BAD ︒
∠=,PA 垂直于底面ABCD ,N M BC AB AD PA ,,22====分别为PB PC ,的中点。
求证:DM PB ⊥
2.如图,四棱锥P -ABCD 的底面是正方形,PA ⊥底面ABCD ,PA =2,∠PDA=45°,点E 、F 分别为棱AB 、PD 的中点.
(1)求证:AF ∥平面PCE ;
(2)求证:平面PCE ⊥平面PCD ; 3.如下图,在四棱锥P -ABCD 中,平面PAD ⊥平面ABCD ,AB ∥DC ,△PAD 是等边三角形,已知BD =2AD =4,AB =2DC =2 5.
(1)求证:BD ⊥平面PAD ;
(2)求三棱锥A -PCD 的体积.
4.已知四棱锥P ABCD -的三视图如下.
(I )求四棱锥P ABCD -的体积;
(Ⅱ)若E 是侧棱PC 的中点,求证://PA 平面BDE ; (Ⅲ)若E 是侧棱PC 上的动点,不论点E 在何位置,是否都有BD AE ⊥?证明你的结论。
.
E F A C D
P。