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      1.1.2空间向量的数量积运算 -2023-2024学年高二数学同步精品讲义(人教A版2019选择性必修第一册)(原卷版).docx
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      1.1.2空间向量的数量积运算 -2023-2024学年高二数学同步精品讲义(人教A版2019选择性必修第一册)(解析版) .docx
    1.1.2空间向量的数量积运算 (人教A版2019选择性必修第一册)讲义01
    1.1.2空间向量的数量积运算 (人教A版2019选择性必修第一册)讲义02
    1.1.2空间向量的数量积运算 (人教A版2019选择性必修第一册)讲义03
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    高中数学人教A版 (2019)选择性必修 第一册1.1 空间向量及其运算精品达标测试

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    这是一份高中数学人教A版 (2019)选择性必修 第一册1.1 空间向量及其运算精品达标测试,文件包含112空间向量的数量积运算-2023-2024学年高二数学同步精品讲义人教A版2019选择性必修第一册解析版docx、112空间向量的数量积运算-2023-2024学年高二数学同步精品讲义人教A版2019选择性必修第一册原卷版docx等2份试卷配套教学资源,其中试卷共74页, 欢迎下载使用。

    1.1.2 空间向量的数量积运算

    课程标准
    课标解读
    1.会进行空间向量的线性运算,空间向量的数量积,空间向量的夹角的相关运算.
    1.理解空间向量的相关概念的基础上进行与向量的加、减运算、数量积的运算、夹角的相关运算及空间距离的求解.





    知识点1 空间向量的夹角
    定义
    如图,已知两个非零向量a,b,在空间任取一点O,作=a,=b,则∠AOB叫做向量a,b的夹角,记作〈a,b〉

    范围
    0≤〈a,b〉≤π
    向量垂直
    如果〈a,b〉=,那么向量a,b互相垂直,记作a⊥b
    拓展提升:
    (1)当两个非零向量同向时,它们的夹角为多少度?反向时,它们的夹角为多少度?
    只有两个非零空间向量才有夹角,当两个非零空间向量共线同向时,夹角为0,共线反向时,夹角为π.
    (2)〈a,b〉,〈-a,b〉,〈a,-b〉,〈-a,-b〉,它们有什么关系?
    对空间任意两个非零向量a,b有:
    ①〈a,b〉=〈b,a〉;②〈-a,b〉=〈a,-b〉;③〈-a,-b〉=〈a,b〉.

    【即学即练1】在正四面体ABCD中,与的夹角等于(  )
    A.30° B.60° C.150° D.120°
    【解析】〈,〉=180°-〈,〉=180°-60°=120°.故选D

    知识点2 空间向量的数量积运算
    1.(1)空间向量的数量积
    已知两个非零向量a,b,则|a||b|cos〈a,b〉叫做a,b的数量积,记作a·b,即a·b=|a||b|·cos〈a,b〉.零向量与任意向量的数量积为0,即0·a=0.
    (2)运算律
    数乘向量与数量积的结合律
    (λa)·b=λ(a·b),λ∈R
    交换律
    a·b=b·a
    分配律
    a·(b+c)=a·b+a·c

    2.投影向量及直线与平面所成的角
    (1)如图①,在空间,向量a向向量b投影,由于它们是自由向量,因此可以先将它们平移到同一个平面α内,进而利用平面上向量的投影,得到与向量b共线的向量c,c=|a|cos〈a,b〉,向量c称为向量a在向量b上的投影向量.类似地,可以将向量a向直线l投影(如图②).
    (2)如图③,向量a向平面β投影,就是分别由向量a的起点A和终点B作平面β的垂线,垂足分别为A′,B′,得到向量,向量称为向量a在平面β上的投影向量.这时,向量a,的夹角就是向量a所在直线与平面β所成的角.


    注意点:
    (1)向量a,b的数量积记为a·b,而不能表示为a×b或者ab.
    (2)向量的数量积的结果为实数,而不是向量,它可以是正数、负数或零,其符号由夹角θ的范围决定.
    ①当θ为锐角时,a·b>0;但当a·b>0时,θ不一定为锐角,因为θ也可能为0.
    ②当θ为钝角时,a·b<0;但当a·b<0时,θ不一定为钝角,因为θ也可能为π.
    (3)空间向量的数量积运算不满足消去律和结合律.
    【即学即练2】在棱长为的正方体中,设,,,则的值为( )
    A. B. C. D.
    【解析】.故选B.

    【即学即练3】如图,正方体的棱长为1,设,,,求:

    (1);(2);(3).
    【解析】(1)在正方体中,,

    (2)由(1)知,
    (3)由(1)及知,


    【即学即练4】如图,在三棱锥中,两两垂直,为的中点,则的值为(       )

    A.1 B. C. D.
    【解析】由题意得,故.
    故选:D.

    知识点3 空间向量数量积的性质
    (1)若a,b为非零向量,则a⊥b⇔a·b=0;
    (2)a·a=|a|2或|a|==;
    (3)若a,b为非零向量,则cos〈a,b〉=;
    (4)|a·b|≤|a||b|(当且仅当a,b共线时等号成立).
    【即学即练5】已知在平行六面体ABCD-A1B1C1D1中,AA1=AB=AD=1,且这三条棱彼此之间的夹角都是60°,则AC1的长为(  )
    A.6 B. C.3 D.
    【解析】设=a,=b,=c,
    则|a|=|b|=|c|=1,
    且〈a,b〉=〈b,c〉=〈c,a〉=60°,
    因此a·b=b·c=c·a=.
    由=a+b+c,
    得||2=2=a2+b2+c2+2a·b+2b·c+2c·a=6.所以||=.故选B

    【即学即练6】已知是夹角为60°的两个单位向量,则=+与b=-2的夹角是( )
    A.60° B.120° C.30° D.90°
    【解析】由题意得=(+)·(2)==,
    ||=,
    ||=.
    =.
    °.
    故选:B.

    【即学即练7】在空间四边形OABC中,连接AC,OB,OA=8,AB=6,AC=4,BC=5,∠OAC=45°,∠OAB=60°,求向量与所成角的余弦值.

    【解析】,

    =8×4×cos 135°-8×6×cos 120°=24-16,

    故答案为:



    考点一 空间向量数量积的概念辨析
    解题方略:
    注意空间向量的夹角的定义及熟练掌握数量积的运算律

    【例1-1】对于空间任意两个非零向量a,b,“a∥b”是“〈a,b〉=0”的(  )
    A.充分不必要条件 B.必要不充分条件
    C.充要条件 D.既不充分也不必要条件
    【解析】显然〈a,b〉=0⇒a∥b,但a∥b包括向量a,b同向共线和反向共线两种情况,即当a∥b时,〈a,b〉=0或π,因此a∥b⇏〈a,b〉=0.故“a∥b”是“〈a,b〉=0”的必要不充分条件.故选B

    【例1-2】如图,在正方体ABCD-A′B′C′D′中,求向量分别与向量,,,,的夹角.

    【解析】连接BD(图略),
    则在正方体ABCD-A′B′C′D′中,AC⊥BD,∠BAC=45°,AC=AD′=CD′,
    所以〈,〉=〈,〉=45°,〈,〉=180°-〈,〉=135°,〈,〉=∠D′AC=60°,〈,〉=180°-〈,〉=180°-60°=120°,〈,〉=〈,〉=90°.

    【例1-3】设、为空间中的任意两个非零向量,有下列各式:
    ①;②;③;④.
    其中正确的个数为(       )
    A. B. C. D.
    【解析】对于①,,①正确;
    对于②,向量不能作比值,即错误,②错误;
    对于③,设、的夹角为,则,③错误;
    对于④,由空间向量数量积的运算性质可得,④正确.
    故选:B.


    考点二 空间向量数量积的运算
    解题方略:
    求空间向量数量积的步骤
    (1)将待求数量积的两向量的模长及它们的夹角理清;
    (2)利用向量的运算律将数量积展开,转化为已知模和夹角余弦值的乘积;
    (3)代入a·b=|a||b|cos〈a,b〉求解.    
    注:在几何体中求空间向量的数量积,首先要充分利用向量所在的图形,将各向量分解成已知模和夹角的向量的组合形式;其次利用向量的运算律将数量积展开,转化为已知模和夹角的向量的数量积;最后利用数量积的定义求解即可.注意挖掘几何体中的垂直关系或特殊角.

    【例2-1】已知a=3p-2q,b=p+q,p和q是相互垂直的单位向量,则a·b=(  )
    A.1     B.2 C.3 D.4
    【解析】∵p⊥q且|p|=|q|=1,∴a·b=(3p-2q)·(p+q)=3p2+p·q-2q2=3+0-2=1.故选A


    【例2-2】已知四面体A-BCD的所有棱长都是2,点E,F分别是AD,DC的中点,则(  )
    A.1 B.-1 C. D.
    【解析】由题意可得,所以.
    故选B.


    变式1:已知正四面体OABC的棱长为1,如图所示.求:
    (1)·;
    (2)(+)·(+).
    【解析】在正四面体OABC中,||=||=||=1.
    〈,〉=〈,〉=〈,〉=60°.
    (1)·=||||cos∠AOB=1×1×cos 60°=.
    (2)(+)·(+)
    =(+)·(-+-)
    =(+)·(+-2)
    =2+2·-2·+2-2·
    =12+2×1×1×cos 60°-2×1×1×cos 60°+12-2×1×1×cos 60°
    =1+1-1+1-1
    =1.

    变式2:已知正四面体OABC的棱长为1,若E,F分别是OA,OC的中点,求值:
    (1)·;(2)·;(3)·.
    【解析】(1)·=·
    =||||cos〈,〉
    =cos 60°=.
    (2)·=·=||2=.
    (3)·=·=||||cos〈,〉=cos 120°=-.

    变式3:已知棱长为1的正方体ABCD­A1B1C1D1的上底面A1B1C1D1的中心为O1,则·的值为(  )
    A.-1 B.0
    C.1 D.2
    【解析】=+=+(+)=+(+),=+,则·=(||2+||2)=1,故选C.

    【例2-3】已知空间向量a,b,c满足a+b+c=0,|a|=3,|b|=1,|c|=4,则a·b+b·c+c·a的值为________.
    【解析】∵a+b+c=0,∴(a+b+c)2=0,
    ∴a2+b2+c2+2(a·b+b·c+c·a)=0,
    ∴a·b+b·c+c·a=-=-13.


    考点三 利用空间向量的数量积求夹角
    解题方略:
    1、求两个向量的夹角有两种方法:
    ①结合图形,平移向量,利用空间向量夹角的定义来求,但要注意向量夹角的范围;
    ②先求a·b,再利用公式cos〈a,b〉=求出cos〈a,b〉的值,最后确定〈a,b〉的值.
    2、利用数量积求夹角或其余弦值的步骤

    注:求两向量夹角,必须特别关注两向量方向,应用向量夹角定义确定夹角是锐角、直角还是钝角.
    【例3-1】如图,在正方体ABCD­A1B1C1D1中,求与夹角的大小.
    【解析】不妨设正方体的棱长为1,则·
    =(+)·(+)
    =(+)·(+)
    =·+2+·+·
    =0+2+0+0=2=1,
    又∵||=,||=,
    ∴cos〈,〉===.
    ∵〈,〉∈[0,π],∴〈,〉=.
    即与夹角的大小为.

    变式1:已知空间四边形OABC中,OB=OC,∠AOB=∠AOC=,则cos〈,〉的值为(  )
    A. B. C.- D.0
    【解析】·=·(-)=·-·=||||cos∠AOC-||||cos∠AOB
    =||||-||||=0,
    所以⊥.
    所以cos〈,〉=0.
    故选D

    变式2:在边长及对角线都为1的空间四边形中,,分别是,的中点,则直线和夹角的余弦值为(       )
    A. B. C. D.
    【解析】如图,连接对角线,,则可构成棱长均为1的正四面体
    由,分别是,的中点,,


    又,

    所以直线和夹角的余弦值为.
    故选:B


    变式3:如图,在平行六面体中,以顶点为端点的三条棱长度都为,且两两夹角为.求:

    (1)的长;
    (2)与夹角的余弦值.
    【解析】(1)记,,,则,,


    ,即的长为;
    (2),,
    ,,
    ,,
    又,
    ,即与夹角的余弦值为.

    【例3-2】已知,是空间两向量,若,则与的夹角为______.
    【解析】设与的夹角为,
    所以根据,

    即,
    又,.
    故答案为:

    变式1:已知,是两个空间单位向量,它们的夹角为,设向量,.求:
    (1);
    (2)向量与的夹角.
    【解析】(1)因为,是两个空间单位向量,它们的夹角为,
    所以,
    所以;
    (2)因为,

    所以,,
    又因为
    所以,
    因为,所以,即向量与的夹角为.

    【例3-3】已知空间向量、满足,,,若向量与的夹角为钝角,求实数的取值范围.
    【解析】因为向量与的夹角为钝角,
    所以且与不共线,
    因为,
    所以,即,
    解得①;
    当与平行时,则存在实数k,使得,
    即,
    因为、不平行,
    所以即,则②.
    由①②得,实数的取值范围是.

    【例3-4】如图,三棱柱中,底面边长和侧棱长都相等,,则异面直线与所成角的余弦值为_____________

    【解析】三棱柱中,底面边长和侧棱长都相等,,设棱长为1,
    则,,
    .
    又,,
    所以

    而,

    所以.
    故答案为:.

    考点四 利用空间向量的数量积证明垂直
    解题方略:
    利用空间向量解决垂直问题的方法
    (1)证明线线垂直的方法:证明线线垂直的关键是确定直线的方向向量,看方向向量的数量积是否为0来判断两直线是否垂直.
    (2)证明与空间向量a,b,c有关的向量m,n垂直的方法:先用向量a,b,c表示向量m,n,再求解向量m,n的数量积并判断是否为0.  

    【例4-1】已知空间四边形ABCD中,AB⊥CD,AC⊥BD,求证:AD⊥BC.
    【证明】∵AB⊥CD,AC⊥BD,
    ∴·=0,·=0.
    ∴·=(+)·(-)
    =·+·-2-·
    =·-2-·
    =·(--)=·=0.
    ∴⊥,从而AD⊥BC.

    变式1:如图,四面体OABC各棱的棱长都是1,D,E分别是OC,AB的中点,记,,.

    (1)用向量表示向量;
    (2)求证.
    【解析】(1)根据题意,
    .
    (2)根据题意,相互之间的夹角为,且模均为1,由(1)

    所以.

    变式2:如图所示,三棱柱中,,,,,,,是中点.

    (1)用,,表示向量;
    (2)在线段上是否存在点,使?若存在,求出的位置,若不存在,说明理由.
    【解析】(1);
    (2)假设存在点,使,设,
    显然,

    因为,所以,
    即,

    因为,,,
    所以有:,
    即,
    解得,所以当时, .

    【例4-2】如图所示,在正方体ABCD­A1B1C1D1中,O为AC与BD的交点,G为CC1的中点,求证:A1O⊥平面GBD.
    证明:设=a,=b,=c,则a·b=0,b·c=0,a·c=0,|a|=|b|=|c|.
    ∵=+=+(+)
    =c+a+b,
    =-=b-a,
    =+=(+)+
    =a+b-c.
    ∴·=·(b-a)
    =c·b-c·a+a·b-a2+b2-b·a
    =(b2-a2)=(|b|2-|a|2)=0.
    于是⊥,即A1O⊥BD.
    同理可证⊥,
    即A1O⊥OG.又BD∩OG=O,
    于是有A1O⊥平面GBD.

    考点五 利用空间向量的数量积求距离(即线段长度)
    解题方略:
    求两点间的距离或线段长的方法
    (1) 将相应线段用向量表示,通过向量运算来求对应向量的模.
    (2) 用其他已知夹角和模的向量表示该向量;
    (3)因为a·a=|a|2,所以|a|=,这是利用向量解决距离问题的基本公式.另外,该公式还可以推广为|a±b|=.
    (4)可用|a·e|=|a||cosθ|(e为单位向量,θ为a,e的夹角)来求一个向量在另一个向量所在直线上的投影.
    【例5-1】已知空间向量两两夹角均为,其模均为1,则(       )
    A. B. C.2 D.
    【解析】

    .
    故选:B


    【例5-2】如图所示,在▱ABCD中,AD=4,CD=3,∠ADC=60°,PA⊥平面ABCD,PA=6,求线段PC的长.

    【解析】∵=++,
    ∴||2=(++)2
    =||2+||2+||2+2·+2·+2·=62+42+32+2||||cos 120°=61-12=49.∴||=7,即PC=7.

    变式1:如图,平行六面体中,,,,则( )

    A. B. C. D.
    【解析】,

    ,.
    故选:D

    变式2:如图,已知一个60°的二面角的棱上有两点A,B,AC,BD分别是在这两个面内且垂直于AB的线段.又知AB=4,AC=6,BD=8,求CD的长.

    【解析】∵CA⊥AB,BD⊥AB,
    ∴〈,〉=120°.
    ∵=++,且·=0,·=0,
    ∴||2=·=(++)·(++)=||2+||2+||2+2·+2·+2·
    =||2+||2+||2+2||||cos〈,〉
    =62+42+82+2×6×8×=68,
    ∴||=2,故CD的长为2.


    变式3:如图,在平行四边形ABCD中,AD=4,CD=3,∠BAD=120°,PA⊥平面ABCD,且PA=6.求PC的长.

    【解析】因为,所以


    所以.
    故PC的长为7.

    变式4:如图,三棱锥各棱的棱长都是1,点D是棱AB的中点,点E在棱OC上,且,记,,.

    (1)用向量,,表示向量;
    (2)求的最小值.
    【解析】(1)根据题意,连接OD,CD,点D是棱AB的中点,点E在棱OC上,如下图:

    由题意可得,,记,,,
    ∴()=.
    (2)根据题意,点D是棱AB的中点,三棱锥的各个面是边长为1,
    易得,,
    在中,由余弦定理可得,,

    当时,取得最小值,
    则的最小值为.


    变式5:已知正方形ABCD,ABEF的边长均为1,且平面ABCD⊥平面ABEF,点M在AC上移动,点N在BF上移动,若|CM|=|BN|=a(0<a<).

    (1)求线段MN的长;
    (2)当a为何值时,线段MN最短?
    【解析】(1)由已知得||=,||=,
    ∴=,=,
    ∴=++
    =++
    =(+)-+(-+)
    =+,
    ∴||=


    =(0<a<).
    即MN的长度为 (0<a<).
    (2)由(1)知当a=,即M,N分别是AC,BF的中点时,MN的长度最小,最小值为.

    考点六 利用空间向量的数量积求投影
    解题方略:
    向量a在向量b上的投影数量|a|cos〈a,b〉
    向量a在向量b上的投影向量|a|cos〈a,b〉
    【例6-1】如图,在长方体中,已知,,,分别求向量在、、方向上的投影数量.

    【解析】非零向量在非零向量方向上的投影数量为,
    由空间向量的平行六面体法则可得,
    在长方体中,,
    因此,向量在方向上的投影数量为,
    向量在方向上的投影数量为,
    向量在方向上的投影数量为.

    变式1:如图,已知正方体的棱长为1,E为的中点.

    (1)求,的大小;
    (2)求向量在向量方向上的投影的数量.
    【解析】(1)在正方体中,
    因为,
    所以,
    因为,
    所以;
    (2)连接,
    因为平面,
    所以,
    又因为,
    所以在向量方向上的投影为,
    因为,
    所以向量在向量方向上的投影的数量为1


    【例6-2】已知正方体的棱长为1,E为棱上的动点.求向量在向量方向上投影的数量的取值范围.

    【解析】由已知E为棱上的动点,设
    因为
    所以

    所以向量在向量方向上投影的数量为,
    又,,
    所以向量在向量方向上投影的数量的取值范围为


    题组A 基础过关练
    1.在正方体中,有下列命题:
    ①;②;③与的夹角为.
    其中正确的命题有(       ).
    A.1个 B.2个 C.3个 D.0个
    【解析】对于①,
    所以①正确;
    对于②,,
    所以②正确;
    对于③,因为∥,分别为面的对角线,
    所以,所以与的夹角为,所以③错误
    故选:B


    2.四边形ABCD为矩形,SA⊥平面ABCD,连接AC,BD,SB,SC,SD,下列各组运算中,不一定为零的是(       )
    A. B. C. D.
    【解析】根据题意,依次分析选项:
    对于:若与垂直,又与垂直,则平面与垂直,则与垂直,与与不一定垂直矛盾,所以与不一定垂直,即向量、不一定垂直,则向量、的数量积不一定为0;
    对于:根据题意,有平面,则,又由,则有平面,进而有,即向量、一定垂直,则向量、的数量积一定为0;
    对于:根据题意,有平面,则,又由,则有平面,进而有,即向量、一定垂直,则向量、的数量积一定为0;
    对于:根据题意,有平面,则,即向量、一定垂直,则向量、的数量积一定为0.
    故选:.

    3.已知正三棱锥的底面的边长为2,M是空间中任意一点,则的最小值为(       )
    A. B. C. D.
    【解析】设中点为,连接,设中点为,则

    ,
    当与重合时,取最小值0.此时有最小值,
    故选:A
    4.棱长为1的正四面体ABCD中,点E,F分别是线段BC,AD上的点,且满足,,则(       )
    A. B. C. D.
    【解析】由已知,
    因为,,
    所以,



    故选:D.

    5.如图,P为圆锥的顶点,O是圆锥底面的圆心,圆锥PO的轴截面PAE是边长为2的等边三角形,是底面圆的内接正三角形.则(       )

    A. B. C. D.
    【解析】由题得, ,

    故选:B

    6.我国古代数学名著《九章算术》商功中记载“斜解立方,得两堑堵”,堑堵是底面为直角三角形的直三棱柱.在堑堵中,,P为的中点,则(       ).
    A.6 B. C.2 D.
    【解析】根据堑堵的几何性质知:,,.

    因为,,
    所以.
    故选:A.
    7.已知平行六面体中,,,,,.则的长为(       )
    A. B. C.12 D.
    【解析】,,,,
    ,.




    即的长为.
    故选:A.
    8.已知正方体的棱长为a,对角线与相交于点O,则有(       ).
    A. B.
    C. D.
    【解析】
    A:且,则,正确;
    B:,错误;
    C:,错误;
    D:且,则,错误.
    故选:A.
    9.空间四边形中若则(       )
    A. B. C. D.
    【解析】因为
    ,
    因为,,所以,
    所以,
    故选:B
    10.已知均为空间单位向量,它们的夹角为60°,那么等于(       )
    A. B. C. D.4
    【解析】.故选:C.
    11.若、、为空间三个单位向量,,且与、所成的角均为,则(       )
    A.5 B. C. D.
    【解析】,
    故,
    故选:C
    12.已知向量,,是两两垂直的单位向量,且,则(       ).
    A.15 B.3 C. D.5
    【解析】向量,,是两两垂直的单位向量,且,,
    .
    故选:B
    13.如图所示,在平行六面体中,各棱长均为2,,,则向量的长度为(       )

    A. B.
    C. D.
    【解析】,



    故选:A

    14.如图,在平行六面体中,为与的交点,若,,,则的值为(       )

    A. B. C. D.
    【解析】因为四边形为平行四边形,且,则为的中点,



    .
    故选:D.


    题组B 能力提升练
    15.如图,空间四边形的每条边和对角线长都等于,点,,分别是,,的中点,则(       )

    A. B. C. D.
    【解析】依题意,分别是的中点,
    所以,
    三角形是等边三角形,且边长为.
    所以.
    故选:B
    16.若非零向量,满足, ,则与的夹角为(       )
    A.30° B.60° C.120° D.150°
    【解析】设与的夹角为θ,
    因为,所以,
    所以,
    因为非零向量,满足,
    所以,
    因为,所以,即,
    故选:B
    17.已知,空间向量为单位向量,,则空间向量在向量方向上的投影的数量为(       )
    A.2 B. C. D.
    【解析】由题意,,,,
    则空间向量在向量方向上的投影为.
    故选:B.

    18.在平行六面体中,其中,,,则(       )
    A.25 B.5 C.14 D.
    【解析】,
    所以

    所以,

    故选:B.

    19.在正方体中,P为上任意一点,则DP与的位置关系是______.
    【解析】由题意,得,所以,即.故答案为:垂直.

    20.如图,已知线段平面,平面,且,D与A在的同侧,若,求A,D两点间的距离.

    【解析】

    因为平面,平面,所以 ,
    ,所以与的夹角为,
    因为,,
    所以

    ,所以,即A,D两点间的距离为.

    21.如图所示,在四棱锥中,底面,,E是的中点.证明:

    (1);
    (2)平面.
    【解析】证明:(1)因为底面,所以,所以,又,所以,又,所以,所以.
    (2)设,因为,,所以.又,所以,得.
    因为
    ,,所以,又,所以平面.


    题组C 培优拔尖练
    22.如图,已知平行六面体中,底面ABCD是边长为1的菱形,,.

    (1)求线段的长;
    (2)求异面直线与所成角的大小.
    【解析】(1)设,,,
    则,,,,,
    ∵,

    ∴线段的长为.
    (2)∵,,
    ∴,
    ∴,
    故异面直线与所成的角为90°.

    23.如图,在三棱锥中,平面,,,.

    (1)确定在平面上的投影向量,并求;
    (2)确定在上的投影向量,并求.
    【解析】(1)因为平面,所以在平面上的投影向量为,
    因为平面,面,可得,所以,
    因为,所以,
    所以
    .
    (2)由(1)知:,,
    所以在上的投影向量为:

    由数量积的几何意义可得:.

    24.如图,在平行六面体中,底面是边长为2的正方形,侧棱的长度为4,且.用向量法求:

    (1)的长;
    (2)直线与所成角的余弦值.
    【解析】(1),,故,所以的长为;
    (2)

    ,由(1)知:,
    设直线与所成角为
    ∴,
    ∴直线与所成角的余弦值为.

    25.如图所示的平行六面体中,已知,,,为上一点,且,点棱上,且.

    (1)用,,表示;
    (2)若,求;
    (3)若,求证:平面.
    【解析】(1)



    (2)因为,不妨取,




    (3)过点作,交于点,连接,则,
    平面,平面,所以平面,

    因为,令,则,,,所以,所以,所以,又,,所以,所以,平面,平面,所以平面,
    因为,平面,所以平面平面,平面,所以平面;



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