选修2-13.1空间向量及其运算练习

这是一份选修2-13.1空间向量及其运算练习，

空间向量及其运算说明：本试卷分第一卷和第二卷两部分，第一卷74分，第二卷76分，共150分；答题时间120分钟．一、选择题：在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的，请把正确答案的代号填在题后的括号内（每小题5分，共50分）．图1．在平行六面体ABCD—A1B1C1D1中，M为AC与BD的交点，若=，=，=.则下列向量中与相等的向量是（ ） A． B． C． D．2．在下列条件中，使M与A、B、C一定共面的是 （ ） A． B． C． D．3．已知平行六面体中，AB=4，AD=3，，，，则等于 （ ） A．85 B． C． D．504．与向量平行的一个向量的坐标是 （ ） A．（，1，1） B．（－1，－3，2） C．（－，，－1） D．（，－3，－2）5．已知A（－1，－2，6），B（1，2，－6）O为坐标原点，则向量的夹角是（ ） A．0 B． C． D．6．已知空间四边形ABCD中，，点M在OA上，且OM=2MA，N为BC中点，则= （ ） A． B． C． D． 7．设A、B、C、D是空间不共面的四点，且满足，则BCD是 （ ） A．钝角三角形 B．锐角三角形 C．直角三角形 D．不确定8．空间四边形OABC中，OB=OC，AOB=AOC=600，则cos= （ ） A． B． C． D．09．已知A（1，1，1）、B（2，2，2）、C（3，2，4），则ABC的面积为 （ ） A． B． C． D．10． 已知，则的最小值为 （ ） A． B． C． D．二、填空题：请把答案填在题中横线上（每小题6分，共24分）．11．若，，则为邻边的平行四边形的面积为 ．12．已知空间四边形OABC，其对角线为OB、AC，M、N分别是对边OA、BC的中点，点G在线段MN上，且，现用基组表示向量，有=x，则x、y、z的值分别为 ．13．已知点A(1，2，11)、B(4，2，3)，C(6，1，4)，则ABC的形状是 ．14．已知向量，，若成1200的角，则k= ．三、解答题：解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤(共76分)．15．（12分）如图，已知正方体的棱长为a，M为的中点，点N在'上，且，试求MN的长．16．（12分）如图在空间直角坐标系中BC=2，原点O是BC的中点，点A的坐标是（，0），点D在平面yOz上，且∠BDC=90°，∠DCB=30°.图（1）求向量的坐标；（2）设向量和的夹角为θ，求cosθ的值17．（12分）若四面体对应棱的中点间的距离都相等，证明这个四面体的对棱两两垂直．18．（12分）四棱锥P—ABCD中，底面ABCD是一个平行四边形， ={2，－1，－4}，={4，2，0}，={－1，2，－1}.（1）求证：PA⊥底面ABCD；（2）求四棱锥P—ABCD的体积；（3）对于向量={x1，y1，z1}，={x2，y2，z2}，={x3，y3，z3}，定义一种运算：（×）·=x1y2z3+x2y3z1+x3y1z2－x1y3z2－x2y1z3－x3y2z1，试计算（×）·的绝对值的值；说明其与四棱锥P—ABCD体积的关系，并由此猜想向量这一运算（×）·的绝对值的几何意义.．19．（14分）如图所示，直三棱柱ABC—A1B1C1中，CA=CB=1，∠BCA=90°，棱AA1=2，M、N分别是A1B1、A1A的中点.（1）求的长；（2）求cos< >的值；（3）求证：A1B⊥C1M.20．（14分）如图，已知平行六面体ABCD—A1B1C1D1的底面ABCD是菱形且∠C1CB=∠C1CD=∠BCD=60°.（1）证明：C1C⊥BD；（2）假定CD=2，CC1=，记面C1BD为α，面CBD为β，求二面角α—BD—β的平面角的余弦值；（3）当的值为多少时，能使A1C⊥平面C1BD？请给出证明.参考答案一、1．A；解析：=+（－）=－++．评述：用向量的方法处理立体几何问题，使复杂的线面空间关系代数化，本题考查的是基本的向量相等，与向量的加法.考查学生的空间想象能力.2．A；解析：空间的四点P、A、B、C共面只需满足且既可．只有选项A．3．B；解析：只需将，运用向量的内即运算即可，．4．C；解析：向量的共线和平行使一样的，可利用空间向量共线定理写成数乘的形式．即．5．C；解析：，计算结果为－1．6．B；解析：显然．7．B；解析：过点A的棱两两垂直，通过设棱长应用余弦定理可得三角形为锐角三角形．8．D；解析：建立一组基向量，再来处理的值．9．D；解析：应用向量的运算，显然，从而得．10．C；二、11．；解析：，得，可得结果．12． ；解析：13．直角三角形；解析：利用两点间距离公式得：．14．；解析：，得．三、15．解：以D为原点，建立如图空间直角坐标系．因为正方体棱长为a，所以B（a，a，0），A'（a，0，a），（0，a，a），（0，0，a）．由于M为的中点，取中点O'，所以M（，，），O'（，，a）．因为，所以N为的四等分，从而N为的中点，故N（，，a）．根据空间两点距离公式，可得．16．解：（1）过D作DE⊥BC，垂足为E，在Rt△BDC中,由∠BDC=90°,∠DCB=30°，BC=2，得BD=1，CD=，∴DE=CD·sin30°=.OE=OB－BE=OB－BD·cos60°=1－.∴D点坐标为（0，－），即向量OD[TX→]的坐标为{0，－}.（2）依题意：，所以.设向量和的夹角为θ，则cosθ=.17． 证：如图设，则分别为，，，，，，由条件EH=GH=MN得：展开得∴，∵≠，≠，∴⊥（）即SA⊥BC．同理可证SB⊥AC，SC⊥AB．18． （1）证明：∵=－2－2+4=0，∴AP⊥AB.又∵=－4+4+0=0，∴AP⊥AD.∵AB、AD是底面ABCD上的两条相交直线，∴AP⊥底面ABCD.（2）解：设与的夹角为θ，则cosθ=V=||·||·sinθ·||=（3）解：|（×）·|=|－4－32－4－8|=48它是四棱锥P—ABCD体积的3倍.猜测：|（×）·|在几何上可表示以AB、AD、AP为棱的平行六面体的体积（或以AB、AD、AP为棱的直四棱柱的体积）.评述：本题考查了空间向量的坐标表示、空间向量的数量积、空间向量垂直的充要条件、空间向量的夹角公式和直线与平面垂直的判定定理、棱锥的体积公式等.主要考查考生的运算能力，综合运用所学知识解决问题的能力及空间想象能力.图19．如图，建立空间直角坐标系O—xyz.（1）依题意得B（0，1，0）、N（1，0，1）∴| |=.（2）依题意得A1（1，0，2）、B（0，1，0）、C（0，0，0）、B1（0，1，2）∴={－1，－1，2}，={0，1，2，}，·=3，||=，||=∴cos<，>=.（3）证明：依题意，得C1（0，0，2）、M（，2），={－1，1，2}，={，0}.∴·=－+0=0，∴⊥，∴A1B⊥C1M.评述：本题主要考查空间向量的概念及运算的基本知识.考查空间两向量垂直的充要条件.20．（1）证明：设=，=，=，则| |=||，∵=－，∴·=（－）·=·－·=||·||cos60°－||·||cos60°=0，∴C1C⊥BD.（2）解：连AC、BD，设AC∩BD=O，连OC1，则∠C1OC为二面角α—BD—β的平面角.∵（+），（+）－∴·（+）·［（+）－］=（2+2·+2）－·－·=（4+2·2·2cos60°+4）－·2·cos60°－·2·cos60°=.则||=，||=，∴cosC1OC=（3）解：设=x，CD=2， 则CC1=.∵BD⊥平面AA1C1C，∴BD⊥A1C∴只须求满足：=0即可.设=，=，=，∵=++，=－，∴=（++）（－）=2+·－·－2=－6，令6－=0，得x=1或x=－（舍去）.评述：本题蕴涵着转化思想，即用向量这个工具来研究空间垂直关系的判定、二面角的求解以及待定值的探求等问题.