高考總復(fù)習(xí)經(jīng)典講義 空間向量及其運(yùn)算

1、精選文檔空間向量及其運(yùn)算學(xué)問點(diǎn)1、向量共線、共面的判定. 1、共線: 對空間任意兩個(gè)向量a, b(b0), ab的充要條件是_. 2、共面: 假如兩個(gè)向量a, b(不共線), 那么向量p與向量a, b共面的充要條件是存在惟一的有序?qū)崝?shù)對(x, y), 使_. 答案: pxayb.3、不共面: 假如三個(gè)向量a, b, c不共面, 那么對空間任一向量p, 存在有序?qū)崝?shù)組x, y, z, 使得p_, 把a(bǔ), b, c叫做空間的一個(gè)基底. 學(xué)問點(diǎn)2、向量運(yùn)算律 兩向量的數(shù)量積已知兩個(gè)非零向量a, b, 則_叫做向量a, b的數(shù)量積, 記作_, 即_.數(shù)量積的坐標(biāo)運(yùn)算, 若a(a1, a2, a3),

2、b(b1, b2, b3), 則a·b_. 空間向量數(shù)量積的運(yùn)算律結(jié)合律: (a)·b_; 交換律: a·b_; 安排律: a·(bc)_. 模、夾角和距離公式設(shè)a(a1, a2, a3), b(b1, b2, b3), 則|a|_, cosa, b_ .若A(a1, b1, c1), B(a2, b2, c2), 則|_.題型一直線的方程形式(1) 空間向量: 在空間中, 具有_和_的量叫做空間向量. (2) 相等向量: 方向_且模_的向量. (3) 共線向量定理1. 若a(2x,1,3), b(1, 2y,9), 且ab, 則()A. x1, y1

3、B. x, y C. x, y D. x, y解: 選C, ab, , x, y.2. (2016·青島月考)如圖所示, 在平行六面體ABCDA1B1C1D1中, M為AC與BD的交點(diǎn), 若a, b, c, 則下列向量中與相等的向量是()A. abc B.abc C.abc D. abc解: 選A, ac(ab)abc.3. (2016·廣州調(diào)研)在平行六面體ABCDABCD中, 已知BADAABAAD60°, AB3, AD4, AA5, 則|_.解: , |22222·2·2·3242522×3×4×

4、cos 60°2×4×5×cos 60°2×3×5×cos 60°97, |.4. 有下列4個(gè)命題: 若pxayb, 則p與a、b共面; 若p與a、b共面, 則pxayb; 若xy, 則P、M、A、B共面; 若P、M、A、B共面, 則xy.其中真命題的個(gè)數(shù)是( )A. 1 B. 2 C. 3 D. 44. 選B, 正確. 中若a、b共線, p與a不共線, 則pxayb就不成立. 正確. 中若M、A、B共線, 點(diǎn)P不在此直線上, 則xy不正確. 5. A(1,0,1), B(4,4,6), C(2,2,3)

5、, D(10,14,17)這四個(gè)點(diǎn)_(填共面或不共面). 5. 共面, 解: (3,4,5), (1,2,2), (9,14,16), 設(shè)xy, 即(9,14,16)(3xy,4x2y,5x2y). , 從而A、B、C、D四點(diǎn)共面. 題型二空間基向量的應(yīng)用6、已知空間四邊形OABC中, M為BC的中點(diǎn), N為AC的中點(diǎn), P為OA的中點(diǎn), Q為OB的中點(diǎn), 若ABOC, 求證: PMQN.設(shè)a, b, c. ()(bc), ()(ac), a(bc)(bca), b(ac)(acb). ·c(ab)c(ab)c2(ab)2(|2|2)|, ·0. 即, 故PMQN.7、如圖

6、, 在正四周體ABCD中, E、F分別為棱AD、BC的中點(diǎn), 則異面直線AF和CE所成角的余弦值為_. 設(shè), , 為空間一組基底, 則, ().···2··22222.又|, |·|2. cos, .異面直線AF與CE所成角的余弦值為.8、(2016·合肥調(diào)研)兩個(gè)邊長為1的正方形ABCD與正方形ABEF相交于AB, EBC90°, 點(diǎn)M、N分別在BD、AE上, 且ANDM.(1) 求證: MN平面EBC; (2) 求MN長度的最小值. 解: 如圖所示, 建立坐標(biāo)系后, 要證MN平行于平面EBC, 只要證的橫坐標(biāo)為

7、0即可. (1) 證明如圖所示, 以、為單位正交基底建立空間直角坐標(biāo)系, 則A(1,0,0), D(1,1,0), E(0,0,1), B(0,0,0), 設(shè), 則(1,1,0)(0, 1,0)(1,0,1)(0, 1, ). 0<<1, 10, 0, 且的橫坐標(biāo)為0. 平行于平面yBz, 即MN平面EBC.(2) 解: 由(1)知| , 當(dāng)時(shí), MN取得長度的最小值為.A組專項(xiàng)基礎(chǔ)訓(xùn)練題組1. 下列命題: 若A、B、C、D是空間任意四點(diǎn), 則有0; |a|b|ab|是a、b共線的充要條件; 若a、b共線, 則a與b所在直線平行; 對空間任意一點(diǎn)O與不共線的三點(diǎn)A、B、C, 若xy

8、z(其中x、y、zR)則P、A、B、C四點(diǎn)共面. 其中假命題的個(gè)數(shù)是( C)A. 1 B. 2 C. 3 D. 42. 如圖所示, 在正方體ABCDA1B1C1D1中, O是底面ABCD的中心, M、N分別是棱DD1、D1C1的中點(diǎn), 則直線OM( A)A. 既垂直于AC, 又垂直于MNB. 垂直于AC, 但不垂直于MNC. 垂直于MN, 但不垂直于ACD. 與AC、MN都不垂直3. (2016·紹興月考) 如圖所示, 在三棱柱ABCA1B1C1中, AA1底面ABC, ABBCAA1, ABC90°, 點(diǎn)E、F分別是棱AB、BB1的中點(diǎn), 則直線EF和BC1所成的角是(

9、B)A. 45° B. 60°C. 90° D. 120°4. 設(shè)點(diǎn)C(2a1, a1,2)在點(diǎn)P(2,0,0)、A(1, 3,2)、B(8, 1,4)確定的平面上, 則a等于( A )A. 16 B. 4 C. 2 D. 8解: 選A由12得: (2a1, a1,2)1(1, 3,2)2(6, 1, 4), 解得a16.5. 在直角坐標(biāo)系中, A(2,3), B(3, 2), 沿x軸把直角坐標(biāo)系折成120°的二面角, 則AB的長度為( B )A. B. 2 C. 3 D. 4解: 過A、B分別作AA1x軸, BB1x軸, 垂足分別為A1和B1

10、, 則AA13, A1B15, BB12, , 22222·3252222×3×2×cos 60°44.|2.6.(2016·信陽模擬)如圖所示, 已知空間四邊形ABCD, F為BC的中點(diǎn), E為AD的中點(diǎn), 若(), 則_.解: , 又, 2, (), .7. (2016·銅川模擬)在正方體ABCDA1B1C1D1中, 給出以下向量表達(dá)式: (); (); ()2; ().其中能夠化簡為向量的是_. (填全部正確的序號)解(); (); ()22; ()().8. (2016·麗水模擬) 如圖所示, PD垂直于正

11、方形ABCD所在平面,AB2, E為PB的中點(diǎn), cos, , 若以DA, DC, DP所在直線分別為x, y, z軸建立空間直角坐標(biāo)系, 則點(diǎn)E的坐標(biāo)為_. 解: 設(shè)DPy>0, 則A(2,0,0), B(2,2,0), P(0,0, y), E,(0,0, y), . cos, .解得y2, E(1,1,1). B組專項(xiàng)力量提升題組9. 如圖所示, 已知ABCDA1B1C1D1是棱長為3的正方體, 點(diǎn)E在AA1上, 點(diǎn)F在CC1上, 且AEFC11.(1) 求證: E、B、F、D1四點(diǎn)共面; (2) 若點(diǎn)G在BC上, BG, 點(diǎn)M在BB1上, GMBF, 垂足為H, 求證: EM平面

12、BCC1B1.證明: (1) 建立如圖所示的空間直角坐標(biāo)系, 則(3,0,1), (0,3,2), (3,3,3). 所以. 故、共面. 又它們有公共點(diǎn)B, E、B、F、D1四點(diǎn)共面. (6分)(2) 設(shè)M(0,0, z), 則. 而(0,3,2), 由題設(shè), 得·×3z·20, 得z1. M(0,0,1), E(3,0,1), (3,0,0). 又(0,0,3), (0,3,0), ·0, ·0, 從而MEBB1, MEBC.又BB1BCB, ME平面BCC1B1.10、如圖所示, 已知正方形ABCD和矩形ACEF所在的平面相互垂直, AB,

13、 AF1, M是線段EF的中點(diǎn). 求證: (1) AM平面BDE; (2) AM面BDF.證: (1)建立如圖所示的空間直角坐標(biāo)系, 設(shè)ACBDN, 連接NE. 則點(diǎn)N、E的坐標(biāo)分別為、(0,0,1). .又點(diǎn)A、M的坐標(biāo)分別為(, , 0)、, .且NE與AM不共線. NEAM. 又NE平面BDE, AM平面BDE, AM平面BDE.(2) 由(1)得, , D(, 0,0), F(, , 1), B(0, , 0), (0, , 1), (, 0,1). ·0, ·0., , 即AMDF, AMBF. 又DFBFF, AM平面BDF.11、(2009·福建)如

14、圖, 四邊形ABCD是邊長為1的正方形, MD平面ABCD, NB平面ABCD, 且MDNB1, E為BC的中點(diǎn). (1) 求異面直線NE與AM所成角的余弦值；(2) 在線段AN上是否存在點(diǎn)S, 使得ES平面AMN？若存在, 求線段AS的長；若不存在, 請說明理由. 解(1) 如圖所示, 以點(diǎn)D為坐標(biāo)原點(diǎn), 建立空間直角坐標(biāo)系Dxyz.依題意, 得D(0,0,0), A(1,0,0), M(0,0,1), C(0,1,0), B(1,1,0), N(1,1,1), E., (1,0,1). cos, , 異面直線NE與AM所成角的余弦值為.(2) 假設(shè)在線段AN上存在點(diǎn)S, 使得ES平面AMN

15、.(0,1,1), 可設(shè)(0, , ), 又, . 由ES平面AMN, 得即故, 此時(shí), |.經(jīng)檢驗(yàn), 當(dāng)AS時(shí), ES平面AMN. 故線段AN上存在點(diǎn)S, 使得ES平面AMN, 此時(shí)AS.12. (2011·汕頭月考) 如圖所示, 已知空間四邊形ABCD的各邊和對角線的長都等于a, 點(diǎn)M、N分別是AB、CD的中點(diǎn). (1) 求證: MNAB, MNCD；(2) 求MN的長；(3) 求異面直線AN與CM所成角的余弦值. (1) 證明設(shè)p, q, r.由題意可知: |p|q|r|a, 且p、q、r三向量兩兩夾角均為60°.()(qrp), (2分)·(qrp)·p(q·pr·pp2)(a2·cos 60°a2·cos 60°a2)0.MNAB，又rq, ·(qrp)·(rq)(q·rq2r2q·rp·rp·q)(a2cos 60°a2a2a2cos 60°a2cos 60°