2017届高考数学知识方法专题6立体几何与空间向量复习题
加入VIP免费下载
温馨提示:
1. 部分包含数学公式或PPT动画的文件,查看预览时可能会显示错乱或异常,文件下载后无此问题,请放心下载。
2. 本文档由用户上传,版权归属用户,天天资源网负责整理代发布。如果您对本文档版权有争议请及时联系客服。
3. 下载前请仔细阅读文档内容,确认文档内容符合您的需求后进行下载,若出现内容与标题不符可向本站投诉处理。
4. 下载文档时可能由于网络波动等原因无法下载或下载错误,付费完成后未能成功下载的用户请联系客服处理。
网站客服:403074932
资料简介
由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 第28练 空间向量解决立体几何问题的两大策略 ‎——“选基底”与“建系”‎ ‎[题型分析·高考展望] 向量作为一个工具,其用途是非常广泛的,可以解决现高中阶段立体几何中的大部分问题,不管是证明位置关系还是求解问题.而向量中最主要的两个手段就是选基底与建立空间直角坐标系.在高考中,用向量解决立体几何解答题,几乎成了必然的选择.‎ 体验高考 ‎1.(2016·北京)如图,在四棱锥P-ABCD中,平面PAD⊥平面ABCD,PA⊥PD,PA=PD,AB⊥AD,AB=1,AD=2,AC=CD=.‎ ‎(1)求证:PD⊥平面PAB;‎ ‎(2)求直线PB与平面PCD所成角的正弦值;‎ ‎(3)在棱PA上是否存在点M,使得BM∥平面PCD?若存在,求的值;若不存在,说明理由.‎ ‎(1)证明 ∵平面PAD⊥平面ABCD,‎ 平面PAD∩平面ABCD=AD.‎ 又AB⊥AD,AB⊂平面ABCD.‎ ‎∴AB⊥平面PAD.‎ ‎∵PD⊂平面PAD.∴AB⊥PD.‎ 又PA⊥PD,PA∩AB=A.‎ ‎∴PD⊥平面PAB.‎ ‎(2)解 取AD中点O,连接CO,PO.‎ ‎∵PA=PD,∴PO⊥AD.‎ 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 又∵PO⊂平面PAD,‎ 平面PAD⊥平面ABCD,‎ ‎∴PO⊥平面ABCD,‎ ‎∵CO⊂平面ABCD,∴PO⊥CO,‎ ‎∵AC=CD,∴CO⊥AD.‎ 以O为原点建立如图所示空间直角坐标系.易知P(0,0,1),A(0,1,0),B(1,1,0),C(2,0,0),D(0,-1,0).‎ 则=(1,1,-1),=(0,-1,-1),=(2,0,-1).‎ =(-2,-1,0).‎ 设n=(x0,y0,1)为平面PCD的一个法向量.‎ 由得 解得即n=.‎ 设PB与平面PCD的夹角为θ.‎ 则sin θ=|cos〈n,〉|= ‎==.‎ ‎∴直线PB与平面PCD所成角的正弦值为.‎ ‎(3)解 设M是棱PA上一点,‎ 则存在λ∈[0,1]使得=λ,‎ 因此点M(0,1-λ,λ),=(-1,-λ,λ),‎ ‎∵BM⊄平面PCD,‎ ‎∴要使BM∥平面PCD当且仅当·n=0,‎ 即(-1,-λ,λ)·=0,解得λ=,‎ ‎∴在棱PA上存在点M使得BM∥平面PCD,‎ 此时=.‎ 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 ‎2.(2016·天津)如图,正方形ABCD的中心为O,四边形OBEF为矩形,平面OBEF⊥平面ABCD,点G为AB的中点,AB=BE=2.‎ ‎(1)求证:EG∥平面ADF;‎ ‎(2)求二面角O—EF—C的正弦值;‎ ‎(3)设H为线段AF上的点,且AH=HF,求直线BH和平面CEF所成角的正弦值.‎ 解 依题意,OF⊥平面ABCD,‎ 如图,以O为原点,分别以,,的方向为x轴,y轴,z轴的正方向建立空间直角坐标系,依题意可得O(0,0,0),A(-1,1,0),B(-1,-1,0),C(1,-1,0),D(1,1,0),E(-1,-1,2),F(0,0,2),G(-1,0,0).‎ ‎(1)证明 依题意,=(2,0,0),=(1,-1,2).‎ 设n1=(x1,y1,z1)为平面ADF的法向量,‎ 则 即 不妨取z1=1,可得n1=(0,2,1),‎ 又=(0,1,-2),可得·n1=0,‎ 又因为直线EG⊄平面ADF,所以EG∥平面ADF.‎ ‎(2)解 易证=(-1,1,0)为平面OEF的一个法向量,依题意,=(1,1,0),=(-1,1,2),‎ 设n2=(x2,y2,z2)为平面CEF的法向量,‎ 则即 不妨取 x2=1,‎ 可得n2=(1,-1,1).‎ 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 因此有cos〈,n2〉==-,‎ 于是sin〈,n2〉=.‎ 所以二面角O—EF—C的正弦值为.‎ ‎(3)解 由AH=HF,得AH=AF.‎ 因为=(1,-1,2),‎ 所以==,‎ 进而有H,‎ 从而=.‎ 因此cos〈,n2〉==-.‎ 所以直线BH和平面CEF所成角的正弦值为.‎ ‎3.(2016·课标全国乙)如图,在以A,B,C,D,E,F为顶点的五面体中,面ABEF为正方形,AF=2FD,∠AFD=90°,且二面角D-AF-E与二面角C-BE-F都是60°.‎ ‎(1)证明:平面ABEF⊥平面EFDC;‎ ‎(2)求二面角E-BC-A的余弦值.‎ ‎(1)证明 由已知可得AF⊥DF,AF⊥FE,所以AF⊥平面EFDC,又AF⊂平面ABEF,故平面ABEF⊥平面EFDC.‎ ‎(2)解 过D作DG⊥EF,垂足为G,由(1)知DG⊥平面ABEF.以G为坐标原点,的方向为x轴正方向,||为单位长,建立如图所示的空间直角坐标系Gxyz.由(1)知∠DFE为二面角D-AF-E的平面角,故∠DFE=60°,则DF=2,DG=,可得A(1,4,0),B(-3,4,0),E(-3,0,0),D(0,0,).‎ 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 由已知,得AB∥EF,所以AB∥平面EFDC,又平面ABCD∩平面EFDC=CD,故AB∥CD,CD∥EF.‎ 由BE∥AF,可得BE⊥平面EFDC,‎ 所以∠CEF为二面角C-BE-F的平面角,∠CEF=60°,从而可得C(-2,0,).‎ 所以=(1,0,),=(0,4,0),=(-3,-4,),=(-4,0,0).设n=(x,y,z)是平面BCE的法向量,则即所以可取n=(3,0,-).‎ 设m是平面ABCD的法向量,则 同理可取m=(0,,4),则cos〈n,m〉==-.故二面角E-BC-A的余弦值为-.‎ 高考必会题型 题型一 选好基底解决立体几何问题 例1 如图所示,已知空间四边形ABCD的各边和对角线的长都等于a,点M、N分别是AB、CD的中点.‎ ‎(1)求证:MN⊥AB,MN⊥CD;‎ ‎(2)求MN的长;‎ ‎(3)求异面直线AN与CM夹角的余弦值.‎ ‎(1)证明 设=p,=q,=r.‎ 由题意可知:|p|=|q|=|r|=a,‎ 且p、q、r三向量两两夹角均为60°.‎ ‎∵=-=(+)-=(q+r-p),‎ ‎∴·=(q+r-p)·p=(q·p+r·p-p2)‎ ‎=(a2·cos 60°+a2·cos 60°-a2)=0.‎ 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 ‎∴MN⊥AB,同理可证MN⊥CD.‎ ‎(2)解 由(1)可知=(q+r-p),‎ ‎∴||2=2=(q+r-p)2‎ ‎=[q2+r2+p2+2(q·r-p·q-r·p)]‎ ‎=[a2+a2+a2+2(--)]‎ ‎=·2a2=.‎ ‎∴||=a,∴MN的长为a.‎ ‎(3)解 设向量 与的夹角为θ.‎ ‎∵=(+)=(q+r),‎ =-=q-p,‎ ‎∴·=(q+r)·(q-p)‎ ‎=(q2-q·p+r·q-r·p)‎ ‎=(a2-a2·cos 60°+a2·cos 60°-a2·cos 60°)‎ ‎=(a2-+-)=.‎ 又∵||=||=a,‎ ‎∴·=||·||·cos θ ‎=a·a·cos θ=.‎ ‎∴cos θ=,‎ ‎∴向量与的夹角的余弦值为,‎ 从而异面直线AN与CM夹角的余弦值为.‎ 点评 对于不易建立直角坐标系的题目,选择好“基底”也可使问题顺利解决.“基底”就是一个坐标系,选择时,作为基底的向量一般为已知向量,且能进行运算,还需能将其他向量线性表示.‎ 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 变式训练1 如图,在四棱锥P-GBCD中,PG⊥平面GBCD,GD∥BC,GD=BC,且BG⊥GC,GB=GC=2,E是BC的中点,PG=4.‎ ‎(1)求异面直线GE与PC所成角的余弦值;‎ ‎(2)若F点是棱PC上一点,且·=0,=k,求k的值.‎ 解 (1)如图所示,以G点为原点建立空间直角坐标系Gxyz,‎ 则B(2,0,0),C(0,2,0),D(-,,0),P(0,0,4),‎ 故E(1,1,0),=(1,1,0),=(0,2,-4),‎ cos〈,〉===,‎ 故异面直线GE与PC所成角的余弦值为.‎ ‎(2)设F(0,y,z),则=-=(0,y,z)-(-,,0)=(,y-,z),=(0,2,0).‎ ‎∵·=0,∴(,y-,z)·(0,2,0)=2(y-)=0,∴y=.‎ 在平面PGC内过F点作FM⊥GC,M为垂足,则GM=,MC=,‎ ‎∴==3,∴k=-3.‎ 题型二 建立空间直角坐标系解决立体几何问题 例2 (2016·山东)在如图所示的圆台中,AC是下底面圆O的直径,EF是上底面圆O′‎ 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 的直径,FB是圆台的一条母线.‎ ‎(1)已知G,H分别为EC,FB的中点,求证:GH∥平面ABC;‎ ‎(2)已知EF=FB=AC=2,AB=BC,求二面角F-BC-A的余弦值.‎ ‎(1)证明 设FC中点为I,连接GI,HI.在△CEF中,因为点G是CE的中点,所以GI∥EF.‎ 又EF∥OB,所以GI∥OB.‎ 在△CFB中,因为H是FB的中点,所以HI∥BC,又HI∩GI=I,‎ 所以平面GHI∥平面ABC.‎ 因为GH⊂平面GHI,所以GH∥平面ABC.‎ ‎(2)连接OO′,则OO′⊥平面ABC.又AB=BC,且AC是圆O的直径,所以BO⊥AC.‎ 以O为坐标原点,建立如图所示的空间直角坐标系Oxyz.‎ 由题意得B(0,2,0),‎ C(-2,0,0).过点F作FM⊥OB于点M,‎ 所以FM==3,可得F(0,,3).‎ 故=(-2,-2,0),=(0,-,3).‎ 设m=(x,y,z)是平面BCF的一个法向量.‎ 由可得 可得平面BCF的一个法向量m=,‎ 因为平面ABC的一个法向量n=(0,0,1),‎ 所以cos〈m,n〉==.‎ 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 所以二面角F-BC-A的余弦值为.‎ 点评 (1)建立空间直角坐标系前应先观察题目中的垂直关系,最好借助已知的垂直关系建系.‎ ‎(2)利用题目中的数量关系,确定定点的坐标,动点的坐标可利用共线关系(=λa),设出动点坐标.‎ ‎(3)要掌握利用法向量求线面角、二面角、点到面的距离的公式法.‎ 变式训练2 在边长是2的正方体ABCD-A1B1C1D1中,E,F分别为AB,A1C的中点,应用空间向量方法求解下列问题.‎ ‎(1)求EF的长;‎ ‎(2)证明:EF∥平面AA1D1D;‎ ‎(3)证明:EF⊥平面A1CD.‎ ‎(1)解 如图建立空间直角坐标系,‎ 则A1=(2,0,2),A=(2,0,0),B=(2,2,0),C=(0,2,0),‎ D1=(0,0,2),E=(2,1,0),F=(1,1,1),‎ ‎∴=(-1,0,1),EF=.‎ ‎(2)证明 ∵=(-2,0,2),∴AD1∥EF,而EF⊄平面AA1D1D,‎ ‎∴EF∥平面AA1D1D.‎ ‎(3)证明 ∵·=0,·=0,‎ ‎∴EF⊥CD,EF⊥A1D,‎ 又CD∩A1D=D,‎ ‎∴EF⊥平面A1CD.‎ 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 高考题型精练 ‎1.如图,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,若=x+y+z,则x+y+z的值为(  )‎ A.3 B.1 C.-1 D.-3‎ 答案 B 解析 ∵=-+,‎ ‎∴x=1,y=-1,z=1,∴x+y+z=1.‎ ‎2.如图,在平行六面体ABCD-A1B1C1D1中,M为AC与BD的交点,若=a,=b,=c,则下列向量中与相等的向量是(  )‎ A.-a+b+c B.a+b+c C.a-b+c D.-a-b+c 答案 A 解析 由题意知,=++=++ ‎=-a+c+(a+b)=-a+b+c,故选A.‎ ‎3.在四棱锥P-ABCD中,=(4,-2,3),=(-4,1,0),=(-6,2,-8),则这个四棱锥的高h等于(  )‎ A.1 B.2 C.13 D.26‎ 答案 B 解析 设平面ABCD的一个法向量n=(x,y,z),‎ 则⇒ 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 令y=4,则n=(1,4,),‎ 则cos〈n,〉===-,‎ ‎∵=|cos〈n·〉|,‎ ‎∴h=×2=2,故选B.‎ ‎4.如图所示,正方体ABCD-A1B1C1D1的棱长为1,线段B1D1上有两个动点E,F,且EF=,则下列结论中错误的是(  )‎ A.AC⊥BE B.EF∥平面ABCD C.三棱锥A-BEF的体积为定值 D.异面直线AE,BF所成的角为定值 答案 D 解析 ∵AC⊥平面BB1D1D,‎ 又BE⊂平面BB1D1D,‎ ‎∴AC⊥BE,故A正确.‎ ‎∵B1D1∥平面ABCD,‎ 又E,F在直线D1B1上运动,‎ ‎∴EF∥平面ABCD,故B正确.‎ C中,由于点B到直线B1D1的距离不变,故△BEF的面积为定值,又点A到平面BEF的距离为,‎ 故VA-BEF为定值,故C正确.‎ 建立空间直角坐标系,如图所示,可得A(1,1,0),B(0,1,0).‎ 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 ‎①当点E在D1处,点F为D1B1的中点时,E(1,0,1),‎ F(,,1),∴=(0,-1,1),=(,-,1),‎ ‎∴·=.又||=,||=,‎ ‎∴cos〈,〉===.‎ ‎∴此时异面直线AE与BF成30°角.‎ ‎②当点E为D1B1的中点,F在B1处时,‎ E(,,1),F(0,1,1),‎ ‎∴=(-,-,1),=(0,0,1),‎ ‎∴·=1,||= =,‎ ‎∴cos〈,〉===≠,‎ 故D错误.故选D.‎ ‎5.若a=(2x,1,3),b=(1,-2y,9),如果a与b为共线向量,则(  )‎ A.x=1,y=1 B.x=,y=- C.x=-,y= D.x=,y=- 答案 D 解析 因为a与b为共线向量,‎ 所以存在实数λ使得a=λb,‎ 所以解得x=,y=-.‎ ‎6.已知空间四边形OABC,其对角线为OB,AC,M,N分别是OA,CB的中点,点G 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 在线段MN上,且使MG=2GN,则用向量,,表示向量是(  )‎ A.=++ B.=++ C.=++ D.=++ 答案 A 解析 ∵MG=2GN,M,N分别是边OA,CB的中点,‎ ‎∴=+=+ ‎=+(++)‎ ‎=++(-)‎ ‎=++.‎ 故选A.‎ ‎7.已知a=(2,-1,3),b=(-1,4,-2),c=(7,5,λ),若a,b,c三向量共面,则实数λ=________.‎ 答案  解析 a,b,c三向量共面,则存在实数x,y,‎ 使c=xa+yb,‎ 所以解得 ‎8.如图所示,PD垂直于正方形ABCD所在的平面,AB=2,E为PB的中点,cos〈,〉=,若以DA,DC,DP所在直线分别为x,y,z轴建立空间直角坐标系,则点E的坐标为________.‎ 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 答案 (1,1,1)‎ 解析 设PD=a(a>0),‎ 则A(2,0,0),B(2,2,0),P(0,0,a),E(1,1,),‎ ‎∴=(0,0,a),=(-1,1,),‎ ‎∵cos〈,〉=,‎ ‎∴=a ×,‎ ‎∴a=2,‎ ‎∴E的坐标为(1,1,1).‎ ‎9.如图,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,棱长为a,M,N分别为A1B和AC上的点,A1M=AN=,则MN与平面BB1C1C的位置关系是________.‎ 答案 平行 解析 ∵正方体棱长为a,A1M=AN=,‎ ‎∴=,=,‎ ‎∴=++ ‎=++ ‎=(+)++(+)‎ 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 ‎=+.‎ 又∵是平面B1BCC1的一个法向量,‎ ‎∴·=(+)·=0,‎ ‎∴⊥,‎ 又∵MN⊄平面BB1C1C,‎ ‎∴MN∥平面BB1C1C.‎ ‎10.已知棱长为a的正方体ABCD-A1B1C1D1中,E是BC的中点,F为A1B1的中点.‎ ‎(1)求证:DE⊥C1F;‎ ‎(2)求异面直线A1C与C1F所成角的余弦值.‎ ‎(1)证明 以D为原点,以DA,DC,DD1为x,y,z的正半轴建立空间直角坐标系,‎ 则D(0,0,0),E(,a,0),C1(0,a,a),F(a,,a),‎ 所以=(,a,0),=(a,-,0),‎ ·=0,所以DE⊥C1F.‎ ‎(2)解 A1(a,0,a),C(0,a,0),=(-a,a,-a),‎ =(a,-,0),‎ cos〈,〉===-,‎ 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 所以异面直线A1C与C1F所成角的余弦值是.‎ ‎11.如图,在四棱锥P-ABCD中,PC⊥底面ABCD,底面ABCD是直角梯形,AB⊥AD,AB∥CD,AB=2AD=2CD=2,E是PB的中点.‎ ‎(1)求证:平面EAC⊥平面PBC;‎ ‎(2)若二面角P-AC-E的余弦值为,求直线PA与平面EAC所成角的正弦值.‎ ‎(1)证明 ∵PC⊥平面ABCD,AC⊂平面ABCD,‎ ‎∴AC⊥PC.∵AB=2,AD=CD=1,‎ ‎∴AC=BC=,∴AC2+BC2=AB2,‎ ‎∴AC⊥BC,‎ 又BC∩PC=C,∴AC⊥平面PBC.‎ ‎∵AC⊂平面EAC,∴平面EAC⊥平面PBC.‎ ‎(2)解 如图,以点C为原点,,,分别为x轴、y轴、z轴正方向建立空间直角坐标系,‎ 则C(0,0,0),A(1,1,0),B(1,-1,0),‎ 设P(0,0,a)(a>0),‎ 则E(,-,),=(1,1,0),=(0,0,a),=(,-,).‎ 取m=(1,-1,0),则m·=m·=0,m为平面PAC的法向量,‎ 设n=(x,y,z)为平面EAC的法向量,‎ 则n·=n·=0,‎ 即 取x=a,y=-a,z=-2,则n=(a,-a,-2),‎ 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 依题意,|cos〈m,n〉|===,‎ 则a=2,于是n=(2,-2,-2),=(1,1,-2).‎ 设直线PA与平面EAC所成角为θ,‎ 则sin θ=|cos〈,n〉|==,‎ 即直线PA与平面EAC所成角的正弦值为.‎ ‎12.直四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,底面ABCD为菱形,且∠BAD=60°,A1A=AB,E为BB1延长线上的一点,D1E⊥平面D1AC.设AB=2.‎ ‎(1)求二面角E-AC-D1的大小;‎ ‎(2)在D1E上是否存在一点P,使A1P∥平面EAC?若存在,求D1P∶PE的值;若不存在,说明理由.‎ 解 (1)设AC与BD交于点O,如图所示建立空间直角坐标系Oxyz,‎ 则A=(,0,0),B(0,1,0),C(-,0,0),D(0,-1,0),‎ D1(0,-1,2),‎ 设E(0,1,2+h),则=(0,2,h),=(2,0,0),=(,1,-2),‎ ‎∵D1E⊥平面D1AC,‎ ‎∴D1E⊥AC,D1E⊥D1A,‎ ‎∴2-2h=0,∴h=1,即E(0,1,3).‎ ‎∵=(0,2,1),=(-,1,3),‎ 设平面EAC的法向量为m=(x,y,z),‎ 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费 则由得 令z=-1,∴平面EAC的一个法向量为m=(0,3,-1),‎ 又平面D1AC的法向量为=(0,2,1),‎ ‎∴cos〈m,〉==,‎ ‎∴二面角E-AC-D1大小为45°.‎ ‎(2)设=λ=λ(-),‎ 得==(0,,),‎ ‎∴=+ ‎=(-,-1,0)+(0,,)‎ ‎=(-,,),‎ ‎∵A1P∥平面EAC,∴⊥m,‎ ‎∴-×0+3×+(-1)×=0,‎ ‎∴λ=.‎ ‎∴存在点P使A1P∥平面EAC,‎ 此时D1P∶PE=3∶2.‎ ‎ ‎ 由莲山课件提供http://www.5ykj.com/ 资源全部免费

资料: 7.8万

进入主页

人气:

10000+的老师在这里下载备课资料