高考数学选修巩固练习 立体几何中的向量方法(提高)
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1、【巩固练习】一、选择题1若直线的方向向量,平面的法向量为,则( )A B C D与斜交2若平面的法向量为,直线的方向向量为v,直线与平面的夹角为,则下列关系式成立的是( )A B C D3已知平面内有一个点A(2,1,2),的一个法向量为n=(3,1,2),则下列点P中,在平面内的是( ) A(1,1,1) B(1,3,) C(1,3,) D(1,3,)4P是二面角棱上的一点,分别在、半平面上引射线PM、PN,如果BPM=BPN=45,MPN=60,那么二面角的大小为( ) A60 B70 C80 D905已知是各条棱长均等于的正三棱柱,是侧棱的中点点到平面的距离( )A BCD6(2015春
2、 广安校级月考)若向量,且与的夹角的余弦值为,则x=( )A3 B3 C11 D3或117在三棱锥PABC中,ABBC,ABBCPA,点O、D分别是AC、PC的中点,OP底面ABC,则直线OD与平面PBC所成角的正弦值( )A B C D二、填空题8若平面的一个法向量为n=(3,3,0),直线的一个方向向量为b=(1,1,1),则与所成角的余弦值为_9若分别与一个二面角的两个面平行的向量m=(1,2,0),n=(3,0,2),且m、n都与二面角的棱垂直,则该二面角的余弦值为_10正方体ABCD-A1B1C1D1中,E、F分别为AB、CC1的中点,则异面直线EF与A1C1所成角的大小是_。11
3、在棱长为的正方体中,、分别是、的中点,求点到截面的距离 三、解答题12.如图,矩形ABCD和直角梯形BEFC所在平面互相垂直,BE/CF,BCF=。求证:AE/平面DCF.ABCDEA1B1C1D113.如图,正四棱柱中,点在上且求二面角的余弦值14. (2015 新课标)如图,四边形ABCD为菱形,ABC=120,E,F是平面ABCD同一侧的两点,BE平面ABCD,DF平面ABCD,BE=2DF,AEED()证明:平面AEC平面AFC()求直线AE与直线CF所成角的余弦值。15.(2015 山东) 如图,在三棱台DEFABC中,AB=2DE,G,H分别为AC,BC的中点。(I)求证:BD平面
4、FGH;(II)若CF平面ABC,ABBC,CF=DE,BAC=45,求平面FGH与平面ACFD所成的角(锐角)的大小。【答案与解析】1【答案】B;【解析】由于,所以。2【答案】D 【解析】 若直线与平面所成的角为,直线与该平面的法向量所成的角为,则。3【答案】B 【解析】 要判断点P是否在平面内,只需判断向量与平面的法向量n是否垂直,即是否为0即可,因此,要对各个选项进行逐个检验。对于选项A,则,故排除A;对于选项B,则,故B正确,同理可排除C、D。故选B。4【答案】D 【解析】 不妨设PM=a,PN=b,作MEAB于点E,NFAB于点F,如图所示。BPM=BPN=45,。EM、FN分别是、
5、内与棱AB垂直的直线,EM与FN之间的夹角就是所求二面角,即的大小为90。5【答案】A【解析】为正方形,又平面平面,面,是平面的一个法向量,设点到平面的距离为,则= 6【答案】 A 【解析】,解得又,所以.7【答案】D;【解析】8【答案】 【解析】 由,知与所成角的余弦值为。9【答案】或 【解析】 ,该二面角的余弦值为或。10【答案】30 【解析】 以A为原点建立直角坐标系(如图所示),设B(2,0,0),则E(1,0,0),F(2,2,1),C1(2,2,2),A1(0,0,2), 。11【答案】 【解析】以为原点,建立如图所示的空间直角坐标系AEA1DCBB1C1D1F图则,;设面的法向量
6、为,则有:,又,所以点到截面的距离为=12. 【解析】如图,以点为坐标原点,以和分别作为、和轴,建立空间直角坐标系DABEFCyzx设,则,因为平面,所以是平面的法向量因为,且平面,故平面13. 【解析】以为坐标原点,射线为轴的正半轴,建立如图所示直角坐标系依题设,设向量是平面的法向量,则,故,令,则,等于二面角的平面角, 所以二面角的的余弦值为14. 【解析】(1)ABCD为菱形,ACBD.连接AC,BD,交于点O.以O为原点,为x轴正方向,为y轴正方向,建立空间直角坐标系O-xyz,则z轴和BE平行.可设ABCD边长为2,DF=h(h0).则,E(1,0,2h),F(1,0,h).AEEC
7、,.而,1+34h2=0,.,.设面AEC的法向量为,而AFC法向量为,则,求得,.,面AEC面AFC.(2),.所以直线AE和CF所成角的余弦值为。(),,设平面的法向量为则,即,令得点到平面的距离。15 【解析】(I)证法一: 连接GF,CD,设CDGF=O,连接OH 在三棱台DEFABC中, AB=2DE,G为AC的中点, 可得DFGC,DF=GC, 所以 四边形DFCG为平行四边形, 则O为CD的中点, 又H为BC的中点, 所以OHBD, 又OH平面FGH BD平面FGH, 所以BD平面FGH 证法二: 在三棱台DEFABC中, 由BC=2EF,H为BC的中点, 可得 BHEF,BH=
8、EF, 所以四边形BHFE为平行四边形, 可得 BEEF, 在ABC中,G为AC的中点,H为BC的中点, 所以GHAB, 又GHHF=H,所以平面FGH平面ABED, 因为 BC平面ABED, 所以 BD平面FGH。 (II)解法一: 设AB=2,则CF=1, 在三棱台DEFABC中, G为AC的中点, 由, 可得 四边形DGCF为平行四边形, 因此DGFC, 又 FC平面ABC, 所以 DG平面ABC, 在ABC中,由ABBC,BAC=45,G是AC中点, 所以 AB=BC,GBGC, 因此GB,GC,GD两两垂直, 以G为坐标原点,建立如图所示的空间直角坐标系Gxyz, 所以 可得 故, 设n=(x,y,z)是平面FGH的一个法向量,则 由 可得 可得 平面FGH的一个法向量, 因为是平面ACFD的一个法向量, 所以 所以平面FGH与平面ACFD所成角(锐角)的大小为60 解法二: 作HMAC与点M,作MNGF与点N,连接NH 由FC平面ABC,得HMFC, 又 FCAC=C, 所以HM平面ACFD, 因此 GFNH, 所以MNH即为所求的角, 在BGC中,MHBG,, 由GNMGCF, 可得, 从而, 由 HM平面ACFD,MN平面ACFD, 得 HMMN, 因此 , 所以 MNH=60, 所以 平面FGH与平面ACFD所成角(锐角)的大小为60。
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