?第06講 空間向量及其運(yùn)算的坐標(biāo)表示
【知識(shí)點(diǎn)梳理】
知識(shí)點(diǎn)一、空間直角坐標(biāo)系
1.空間直角坐標(biāo)系
從空間某一定點(diǎn)O引三條互相垂直且有相同單位長(zhǎng)度的數(shù)軸,這樣就建立了空間直角坐標(biāo)系,點(diǎn)O叫做坐標(biāo)原點(diǎn),x軸、y軸、z軸叫做坐標(biāo)軸,這三條坐標(biāo)軸中每?jī)蓷l確定一個(gè)坐標(biāo)平面,分別是平面、yOz平面、zOx平面.
2.右手直角坐標(biāo)系
在空間直角坐標(biāo)系中,讓右手拇指指向x軸的正方向,食指指向y軸的正方向,如果中指指向z軸的正方向,則稱(chēng)這個(gè)坐標(biāo)系為右手直角坐標(biāo)系.
3.空間點(diǎn)的坐標(biāo)
空間一點(diǎn)A的坐標(biāo)可以用有序數(shù)組(x,y,z)來(lái)表示,有序數(shù)組(x,y,z)叫做點(diǎn)A的坐標(biāo),記作A(x,y,z),其中x叫做點(diǎn)A的橫坐標(biāo),y叫做點(diǎn)A的縱坐標(biāo),z叫做點(diǎn)A的豎坐標(biāo).
知識(shí)點(diǎn)二、空間直角坐標(biāo)系中點(diǎn)的坐標(biāo)
1.空間直角坐標(biāo)系中點(diǎn)的坐標(biāo)的求法
通過(guò)該點(diǎn),作兩條軸所確定平面的平行平面,此平面交另一軸于一點(diǎn),交點(diǎn)在這條軸上的坐標(biāo)就是已知點(diǎn)相應(yīng)的一個(gè)坐標(biāo).
特殊點(diǎn)的坐標(biāo):原點(diǎn);軸上的點(diǎn)的坐標(biāo)分別為;坐標(biāo)平面上的點(diǎn)的坐標(biāo)分別為.
2.空間直角坐標(biāo)系中對(duì)稱(chēng)點(diǎn)的坐標(biāo)
在空間直角坐標(biāo)系中,點(diǎn),則有
點(diǎn)關(guān)于原點(diǎn)的對(duì)稱(chēng)點(diǎn)是;
點(diǎn)關(guān)于橫軸(x軸)的對(duì)稱(chēng)點(diǎn)是;
點(diǎn)關(guān)于縱軸(y軸)的對(duì)稱(chēng)點(diǎn)是;
點(diǎn)關(guān)于豎軸(z軸)的對(duì)稱(chēng)點(diǎn)是;
點(diǎn)關(guān)于坐標(biāo)平面的對(duì)稱(chēng)點(diǎn)是;
點(diǎn)關(guān)于坐標(biāo)平面的對(duì)稱(chēng)點(diǎn)是;
點(diǎn)關(guān)于坐標(biāo)平面的對(duì)稱(chēng)點(diǎn)是.
知識(shí)點(diǎn)三、 空間向量的坐標(biāo)運(yùn)算
(1)空間兩點(diǎn)的距離公式
若,則

即:一個(gè)向量在直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)等于表示這個(gè)向量的有向線段的終點(diǎn)的坐標(biāo)減去起點(diǎn)的坐標(biāo)。
②,
或.
知識(shí)點(diǎn)詮釋?zhuān)簝牲c(diǎn)間距離公式是模長(zhǎng)公式的推廣,首先根據(jù)向量的減法推出向量的坐標(biāo)表示,然后再用模長(zhǎng)公式推出。
(2)空間線段中點(diǎn)坐標(biāo)
空間中有兩點(diǎn),則線段AB的中點(diǎn)C的坐標(biāo)為.
(3)向量加減法、數(shù)乘的坐標(biāo)運(yùn)算
若,則
①;
②;
③;
(4)向量數(shù)量積的坐標(biāo)運(yùn)算
若,則

即:空間兩個(gè)向量的數(shù)量積等于他們的對(duì)應(yīng)坐標(biāo)的乘積之和。
(5)空間向量長(zhǎng)度及兩向量夾角的坐標(biāo)計(jì)算公式
若,則
(1).
(2).
知識(shí)點(diǎn)詮釋?zhuān)?br /> ①夾角公式可以根據(jù)數(shù)量積的定義推出:
,其中的范圍是
②.
③用此公式求異面直線所成角等角度時(shí),要注意所求角度與θ的關(guān)系(相等,互余,互補(bǔ))。
(6)空間向量平行和垂直的條件
若,則


規(guī)定:與任意空間向量平行或垂直
作用:證明線線平行、線線垂直.

【題型歸納目錄】
題型一:空間向量的坐標(biāo)表示
題型二:空間向量的直角坐標(biāo)運(yùn)算
題型三:空間向量的共線與共面
題型四:空間向量模長(zhǎng)坐標(biāo)表示
題型五:空間向量平行坐標(biāo)表示
題型六:空間向量垂直坐標(biāo)表示
題型七:空間向量夾角坐標(biāo)表示
【典型例題】
題型一:空間向量的坐標(biāo)表示
1.(2022·江蘇常州·高二期中)平行六面體中,,則點(diǎn)的坐標(biāo)為(???????)
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
【分析】
利用空間向量的坐標(biāo)表示,即得.
【詳解】
設(shè),
∵,又,
∴,
解得,即.
故選:B.
2.(2022·全國(guó)·高二課時(shí)練習(xí))已知是空間向量的一個(gè)基底,是空間向量的另一個(gè)基底,若向量在基底下的坐標(biāo)為,則向量在基底下的坐標(biāo)為(???????)
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
【分析】
設(shè)出在基底下的坐標(biāo)為,利用對(duì)照系數(shù),得到方程組,求出結(jié)果.
【詳解】
∵在基底下的坐標(biāo)為

設(shè)在基底下的坐標(biāo)為

對(duì)照系數(shù),可得:
解得:
∴在基底下的坐標(biāo)為
故選:C
3.(2022·全國(guó)·高二課時(shí)練習(xí))在正方體中,若點(diǎn)是側(cè)面的中心,則在基底下的坐標(biāo)為(???????)


A. B. C. D.
【答案】D
【解析】
【分析】
利用向量運(yùn)算求得,從而確定正確選項(xiàng).
【詳解】
由題可知,為的中點(diǎn),
∴,
∴坐標(biāo)為.
故選:D

4.(多選題)(2022·福建三明·高二期末)已知正方體的棱長(zhǎng)為2,建立如圖所示的空間直角坐標(biāo)系,則(???????)

A.點(diǎn)的坐標(biāo)為(2,0,2) B.
C.的中點(diǎn)坐標(biāo)為(1,1,1) D.點(diǎn)關(guān)于y軸的對(duì)稱(chēng)點(diǎn)為(-2,2,-2)
【答案】BCD
【解析】
【分析】
根據(jù)空間直角坐標(biāo)系,可求點(diǎn)的坐標(biāo),由此判斷A;求出的坐標(biāo),可判斷B;
利用中點(diǎn)坐標(biāo)公式求得的中點(diǎn)坐標(biāo),可判斷C;根據(jù)空間點(diǎn)關(guān)于坐標(biāo)軸的對(duì)稱(chēng)點(diǎn)的特點(diǎn)可判斷D.
【詳解】
根據(jù)題意可知點(diǎn)的坐標(biāo)為,故A錯(cuò)誤;
由空間直角坐標(biāo)系可知: ,故B正確;
由空間直角坐標(biāo)系可知:,故的中點(diǎn)坐標(biāo)為(1,1,1),故C正確;
點(diǎn)坐標(biāo)為,關(guān)于于y軸的對(duì)稱(chēng)點(diǎn)為(-2,2,-2),故D正確,
故選:BCD
5.(多選題)(2022·河北·武安市第三中學(xué)高二階段練習(xí))如圖,在正三棱柱中,已知的邊長(zhǎng)為2,三棱柱的高為的中點(diǎn)分別為,以為原點(diǎn),分別以的方向?yàn)檩S?軸?軸的正方向建立空間直角坐標(biāo)系,則下列空間點(diǎn)及向量坐標(biāo)表示正確的是(???????)

A. B.
C. D.
【答案】ABC
【解析】
【分析】
求出等邊三角形的高的長(zhǎng),根據(jù)三棱柱的棱長(zhǎng)可得各點(diǎn)坐標(biāo),然后求得向量的坐標(biāo)即可判斷.
【詳解】
在等邊中,,所以,則,,則.
故選:ABC
6.(2022·全國(guó)·高二期末)在空間直角坐標(biāo)系中,已知點(diǎn),,則______.
【答案】
【解析】
【分析】
由坐標(biāo)運(yùn)算求解即可.
【詳解】

故答案為:
7.(2022·全國(guó)·高二課時(shí)練習(xí))已知,的起點(diǎn)坐標(biāo)是,則的終點(diǎn)坐標(biāo)為_(kāi)_____.
【答案】
【解析】
【分析】
根據(jù)向量坐標(biāo)的求解方法,結(jié)合已知數(shù)據(jù),求解即可.
【詳解】
設(shè)的終點(diǎn)坐標(biāo)為,由題可得:,
故可得,即的終點(diǎn)坐標(biāo)為.
故答案為:.
8.(2022·江蘇·高二課時(shí)練習(xí))已知點(diǎn),,,則點(diǎn)的坐標(biāo)為_(kāi)_____.
【答案】##0,0.5,1
【解析】
【分析】
先求出向量的坐標(biāo),設(shè)點(diǎn),得出的坐標(biāo),根據(jù)條件得出方程組可得答案.
【詳解】
點(diǎn),,則
設(shè)點(diǎn),則
由,則 ,即x=0y=12z=1,
所以點(diǎn)的坐標(biāo)為
故答案為:
9.(2022·江蘇·高二課時(shí)練習(xí))如圖所示,在正方體ABCD—A1B1C1D1中建立空間直角坐標(biāo)系,若正方體的棱長(zhǎng)為1,則的坐標(biāo)為_(kāi)___,的坐標(biāo)為_(kāi)___,的坐標(biāo)為_(kāi)______.

【答案】???? ???? ????
【解析】
【分析】
由題設(shè)確定的空間坐標(biāo),再利用向量的坐標(biāo)表示求、、的坐標(biāo).
【詳解】
如題圖示,,
∴,
,
.
故答案為:,,.
10.(2022·全國(guó)·高二專(zhuān)題練習(xí))已知、,設(shè)點(diǎn)、在平面上的射影分別為、,則向量的坐標(biāo)為_(kāi)_______.
【答案】
【解析】
【分析】
根據(jù)題意可得、,進(jìn)而得解.
【詳解】
點(diǎn)、在平面上的射影分別為、,
∴向量的坐標(biāo)為.
故答案為:.
11.(2022·全國(guó)·高二專(zhuān)題練習(xí))已知點(diǎn),,點(diǎn)滿足,則點(diǎn)的坐標(biāo)是________.
【答案】
【解析】
【分析】
設(shè),用表示出,即可得.
【詳解】
設(shè),為坐標(biāo)原點(diǎn).由點(diǎn)滿足,得,可得,則點(diǎn)的坐標(biāo)是.
故答案為:.
【點(diǎn)睛】
本題考查空間向量線性運(yùn)算的坐標(biāo)表示,掌握向量的坐標(biāo)表示,是坐標(biāo)原點(diǎn),的坐標(biāo)就是點(diǎn)的坐標(biāo).
12.(2022·全國(guó)·高二課時(shí)練習(xí))如圖,在空間直角坐標(biāo)系中有長(zhǎng)方體,,,.求:

(1)向量,,的坐標(biāo);
(2),的坐標(biāo).
【答案】(1),,
(2)
【解析】
【分析】
(1)先寫(xiě)出點(diǎn)的坐標(biāo),進(jìn)而可得向量的坐標(biāo);
(2)利用向量的坐標(biāo)運(yùn)算加法和減法即可.
(1)
由已知,
則,,
(2)
,
.
13.(2022·湖南·高二課時(shí)練習(xí))在正方體中建立空間直角坐標(biāo)系,若正方體的棱長(zhǎng)為1,分別求,,的坐標(biāo).
【答案】見(jiàn)解析.
【解析】
【分析】
利用正方體的幾何特征建立空間直角坐標(biāo)系,求出點(diǎn)的坐標(biāo),由此即可求出向量坐標(biāo).
【詳解】
如圖所示建立空間直角坐標(biāo)系,

則,,,,,
∴,,.
14.(2022·全國(guó)·高二課時(shí)練習(xí))已知點(diǎn),,求向量的坐標(biāo).
【答案】
【解析】
【分析】
用向量的終點(diǎn)坐標(biāo)減去起點(diǎn)坐標(biāo)即為向量的坐標(biāo).
【詳解】

15.(2022·全國(guó)·高二專(zhuān)題練習(xí))如圖,在直三棱柱ABC-A1B1C1的底面△ABC中,CA=CB=1,∠BCA=90°,棱AA1=2,M,N分別為A1B1,A1A的中點(diǎn),試建立恰當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系求向量,,的坐標(biāo).

【答案】=(1,-1,1),=(1,-1,2),=(-1,1,-2).
【解析】
【分析】
以點(diǎn)C為原點(diǎn),分別以CA,CB,CC1的方向?yàn)閤軸,y軸,z軸的正方向建立空間直角坐標(biāo)系C-xyz,利用空間向量坐標(biāo)表示公式進(jìn)行求解即可.
【詳解】
由題意知CC1⊥AC,CC1⊥BC,AC⊥BC,以點(diǎn)C為原點(diǎn),分別以CA,CB,CC1的方向?yàn)閤軸,y軸,z軸的正方向建立空間直角坐標(biāo)系C-xyz,如圖所示.

則B(0,1,0),A(1,0,0),A1(1,0,2),N(1,0,1),
∴=(1,-1,1),=(1,-1,2),=(-1,1,-2).

題型二:空間向量的直角坐標(biāo)運(yùn)算
1.(2022·浙江寧波·高一期中)已知向量,,則的坐標(biāo)為(??????????)
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
【分析】
根據(jù)向量的坐標(biāo)運(yùn)算直接求解即可
【詳解】
,,∴.
故選:B.
2.(2022·廣東·高二階段練習(xí))如圖所示的空間直角坐標(biāo)系中,四棱錐的底面是正方形,平面,且,若,則點(diǎn)的空間直角坐標(biāo)為(???????)

A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】
【分析】
根據(jù)空間向量的坐標(biāo)運(yùn)算直接計(jì)算.
【詳解】
由題意得,,所以,
所以,所以的坐標(biāo)為.
故選:B.
3.(2022·江蘇南通·模擬預(yù)測(cè))已知正六棱柱的底面邊長(zhǎng)為1,是正六棱柱內(nèi)(不含表面)的一點(diǎn),則的取值范圍是(???????)
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】
【分析】
建立空間直角坐標(biāo)系,設(shè),由正六邊形的性質(zhì)可知,再根據(jù)空間向量數(shù)列積公式,即可求出結(jié)果.
【詳解】
建立如圖所示的空間直角坐標(biāo)系,且,

由正六邊形的性質(zhì)可得,,
設(shè),其中,
所以,,
所以,所以的取值范圍.
故選:A.
4.(2022·廣東·普寧市華僑中學(xué)高二階段練習(xí))在棱長(zhǎng)為2的正方體中,是棱上一動(dòng)點(diǎn),點(diǎn)是面的中心,則的值為(???????)
A.4 B. C.2 D.不確定
【答案】A
【解析】
【分析】
畫(huà)出圖形,建立空間直角坐標(biāo)系,用向量法求解即可
【詳解】
如圖,以為原點(diǎn)建立如圖所示的空間直角坐標(biāo)系,
因?yàn)檎襟w棱長(zhǎng)為2,點(diǎn)是面的中心,是棱上一動(dòng)點(diǎn),
所以,,
,

故選:A

5.(2022·廣西河池·高二期末(理))已知,則等于(???????)
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】
【分析】
根據(jù)空間向量的坐標(biāo)運(yùn)算,計(jì)算即可.
【詳解】
由,
得,
所以,
故選:D
6.(2022·吉林白山·高二期末)《九章算術(shù)》中的“商功”篇主要講述了以立體幾何為主的各種形體體積的計(jì)算,其中塹堵是指底面為直角三角形的直棱柱.如圖,在塹堵中,M是的中點(diǎn),,,,若,則(???????)

A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
【分析】
建立坐標(biāo)系,坐標(biāo)表示向量,求出點(diǎn)坐標(biāo),進(jìn)而求出結(jié)果.
【詳解】
以為坐標(biāo)原點(diǎn),,,的方向分別為x,y,z軸的正方向建立空間直角坐標(biāo)系.

不妨令,則,,,,,.因?yàn)?,所以,則,,,,則解得,,,故.
故選:C
(多選題)7.(2022·湖南益陽(yáng)·高二期末)已知四面體的所有棱長(zhǎng)都是分別是棱的中點(diǎn),則(???????)
A. B.
C. D.
【答案】ACD
【解析】
【分析】
建立空間直角坐標(biāo)系,利用空間向量數(shù)量級(jí)的坐標(biāo)運(yùn)算計(jì)算即可.
【詳解】
以B為原點(diǎn),建立如圖所示的空間直角坐標(biāo)系,
則,,,,,,,
所以,
,
,,
,.
故選:ACD

8.(2022·全國(guó)·高二課時(shí)練習(xí))若?,點(diǎn)C在線段AB上,且,則點(diǎn)C的坐標(biāo)是___________.
【答案】
【解析】
【分析】
設(shè)點(diǎn)的坐標(biāo)為,由題意可得,即可得到方程組,解得即可求得的坐標(biāo).
【詳解】
解:點(diǎn)?,為線段上一點(diǎn),且,
所以,
設(shè)點(diǎn)的坐標(biāo)為,則,
則,即,
解得,即;
故答案為:.
9.(2022·上海市奉賢中學(xué)高三階段練習(xí))棱長(zhǎng)為1的正方體,在正方體的12條棱上運(yùn)動(dòng),則的取值范圍是___________.
【答案】
【解析】
【分析】
建立空間直角坐標(biāo)系,利用向量法求得的表達(dá)式,進(jìn)而求得的取值范圍.
【詳解】
建立如圖所示空間直角坐標(biāo)系,,
,設(shè)(且只在正方體的條棱上運(yùn)動(dòng)),
則,
,
由于,所以.
當(dāng)時(shí),取最小值;當(dāng)時(shí),取最大值.
故答案為:

10.(2022·山西·懷仁市第一中學(xué)校高二階段練習(xí)(理))在空間直角坐標(biāo)系中,已知向量,則的值為_(kāi)_________.
【答案】
【解析】
【分析】
由題知,進(jìn)而根據(jù)向量數(shù)量積運(yùn)算的坐標(biāo)表示求解即可.
【詳解】
解:因?yàn)橄蛄浚?br /> 所以,
所以
故答案為:
11.(2022·吉林白山·高二期末)已知,,則___________.
【答案】5
【解析】
【分析】
根據(jù)空間向量的數(shù)量積運(yùn)算的坐標(biāo)表示運(yùn)算求解即可.
【詳解】
解:因?yàn)椋?br /> 所以.
故答案為:
12.(2022·全國(guó)·高二課時(shí)練習(xí))如圖,在空間直角坐標(biāo)系中有長(zhǎng)方體,,,.求:

(1)向量,,的坐標(biāo);
(2),的坐標(biāo).
【答案】(1),,
(2)
【解析】
【分析】
(1)先寫(xiě)出點(diǎn)的坐標(biāo),進(jìn)而可得向量的坐標(biāo);
(2)利用向量的坐標(biāo)運(yùn)算加法和減法即可.
(1)
由已知,
則,,
(2)
,
.
13.(2022·湖南·高二課時(shí)練習(xí))已知,,求,,.
【答案】,,
【解析】
【分析】
直接根據(jù)向量的加減數(shù)乘的坐標(biāo)運(yùn)算即可得解.
【詳解】
,
,

14.(2022·全國(guó)·高二課時(shí)練習(xí))已知是長(zhǎng)方體,,且E為側(cè)面的中心,F(xiàn)為的中點(diǎn),分別求.
【答案】16,0,2.
【解析】
【分析】
以為坐標(biāo)原點(diǎn),為軸,為軸,為軸,建立空間直角坐標(biāo)系,求出,,,,,,,,的坐標(biāo),再由向量的坐標(biāo)公式,結(jié)合向量的數(shù)量積的坐標(biāo)表示,計(jì)算可得所求向量的數(shù)量積.
【詳解】
如圖,以為坐標(biāo)原點(diǎn),為軸,為軸,為軸,
建立空間直角坐標(biāo)系,
即有,0,,,0,,,4,,,0,,
,0,,,4,,,4,,
,0,,,2,,
(1),4,,4,;
(2),2,,0,;
(3),2,,2,.

15.(2022·全國(guó)·高二課時(shí)練習(xí))已知正方體的棱長(zhǎng)為1,P為上一點(diǎn),且.建立如圖所示的空間直角坐標(biāo)系,求點(diǎn)P的坐標(biāo).

【答案】
【解析】
【分析】
由圖可得,設(shè),然后根據(jù)求解即可.
【詳解】
由圖可得,設(shè)
因?yàn)?,所以,所?br /> 所以,解得,即

題型三:空間向量的共線與共面
1.(2022·河南·平頂山市教育局教育教學(xué)研究室高二開(kāi)學(xué)考試(理))已知空間三點(diǎn),,,若三點(diǎn)共線,則(???????).
A. B.1 C. D.2
【答案】C
【解析】
【分析】
求出向量與向量的坐標(biāo),根據(jù)三點(diǎn)共線,可得向量與向量共線,由此即可求出結(jié)果.
【詳解】
因?yàn)?,,且三點(diǎn)共線,
所以向量與向量共線,
所以,得.
故選:C.
2.(2022·全國(guó)·高二課時(shí)練習(xí))若、、三點(diǎn)共線,則(???????).
A.
B.
C.
D.
【答案】A
【解析】
【分析】
直接根據(jù)求解即可.
【詳解】
∵,,
由題意得,則,
∴、,∴,
故選:A.
3.(2022·江蘇·高二課時(shí)練習(xí))向量,,,中,共面的三個(gè)向量是(???????)
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】
【分析】
根據(jù)向量共面滿足的坐標(biāo)關(guān)系,對(duì)每個(gè)選項(xiàng)進(jìn)行逐一分析,即可判斷和選擇.
【詳解】
A:若共面,則,即,
即,顯然不存在滿足題意,故不共面;
同理,B,C中的三個(gè)向量也不共面;
D:若共面,則,即,
即,故存在滿足題意,則共面.
故選:D.
4.(2022·陜西榆林·高二期末(理))已知,, ,若、、三個(gè)向量共面,則實(shí)數(shù)
A.3 B.5
C.7 D.9
【答案】A
【解析】
【分析】
由空間向量共面原理得存在實(shí)數(shù),,使得,由此能求出實(shí)數(shù).
【詳解】
解:,, , 、、三個(gè)向量共面,
存在實(shí)數(shù),,使得,即有:
,
解得,,
實(shí)數(shù).
故選:.
【點(diǎn)睛】
本題考查空間向量共面原理的應(yīng)用,屬于基礎(chǔ)題.
5.(2022·云南省瀘西縣第一中學(xué)高二期中)已知空間向量,若共面,則(???????)
A. B.0 C.1 D.
【答案】B
【解析】
【分析】
根據(jù)共面向量,得到對(duì)應(yīng)關(guān)系,求出的值即可.
【詳解】
若、、共面,則,
即,1,,,,
故,故,
故選:B.
6.(2022·浙江·效實(shí)中學(xué)高二期中)(1)設(shè),,則______;
(2)若與,,(,,三點(diǎn)不共線)四點(diǎn)共面,且對(duì)于空間任一點(diǎn),都有,則______.
【答案】???? ????
【解析】
【分析】
(1)根據(jù)空間向量線性運(yùn)算的坐標(biāo)表示可求的坐標(biāo),
(2)由已知可得:,利用四點(diǎn)共面的充要條件列方程即可求解.
【詳解】
(1)因?yàn)?,,所以?br /> 所以.
(2)對(duì)于空間任一點(diǎn),都有,
則即,
因?yàn)辄c(diǎn)與,,(,,三點(diǎn)不共線)四點(diǎn)共面,
所以,可得,
故答案為:;.
7.(2022·全國(guó)·高二課時(shí)練習(xí))若A(m+1,n-1,3),B(2m,n,m-2n),C(m+3,n-3,9)三點(diǎn)共線,則m+n=________.
【答案】0
【解析】
【分析】
根據(jù)點(diǎn)A,B,C的坐標(biāo),分別求出的坐標(biāo),利用三點(diǎn)共線,可建立方程組,從而
可求m+n的值.
【詳解】
由題意,∵A(m+1,n﹣1,3),B (2m,n,m﹣2n),C( m+3,n﹣3,9)

∵A(m+1,n﹣1,3),B (2m,n,m﹣2n),C( m+3,n﹣3,9)三點(diǎn)共線,

∴(m﹣1,1,m﹣2n﹣3)=λ(2,﹣2,6)


∴m+n=0
故答案為0
【點(diǎn)睛】
本題以點(diǎn)為載體,考查三點(diǎn)共線,解題的關(guān)鍵是求向量的坐標(biāo),利用向量共線的條件.
8.(2022·浙江·平湖市當(dāng)湖高級(jí)中學(xué)高一階段練習(xí))已知向量,,,若,,共面,則___________.
【答案】2
【解析】
【分析】
由,,共面,設(shè),由坐標(biāo)運(yùn)算列出方程求解即可.
【詳解】
因?yàn)?,,共面,設(shè),則,則,解得.
故答案為:2.
9.(2022·全國(guó)·高二單元測(cè)試)已知,,.若、、三向量共面,則實(shí)數(shù)______.
【答案】
【解析】
【分析】
由題意可得,存在實(shí)數(shù)x,y,使,列出方程組,即可求得答案.
【詳解】
因?yàn)椴黄叫?,且、、三向量共面?br /> 所以存在實(shí)數(shù)x,y,使,
所以,解得,
故答案為:
10.(2022·湖北襄陽(yáng)·高二期末)若向量,,,且向量,,共面,則______.
【答案】##
【解析】
【分析】
由向量共面的性質(zhì)列出方程組求解即可.
【詳解】
因?yàn)?,,共面,所以存在?shí)數(shù)x,y,使得,得,
解得
∴?????.
故答案為:
11.(2022·全國(guó)·高二課時(shí)練習(xí))已知空間向量,,共面,則實(shí)數(shù)的值為_(kāi)_____.
【答案】
【解析】
【分析】
利用空間向量共面的條件,設(shè)實(shí)數(shù),滿足,列出方程組求出的值.
【詳解】
,,共面,
存在實(shí)數(shù),滿足,
則, ,,.
故答案為:
12.(2022·福建龍巖·高二期中)已知空間中三點(diǎn),,.
(1)若,,三點(diǎn)共線,求的值;
(2)若,的夾角是鈍角,求的取值范圍.
【答案】(1);
(2).
【解析】
【分析】
(1)由向量的坐標(biāo)表示確定、,再由三點(diǎn)共線,存在使,進(jìn)而求出m、n,即可得結(jié)果.
(2)由向量夾角的坐標(biāo)表示求,再根據(jù)鈍角可得,討論的情況,即可求范圍.
(1)
由題設(shè),,又,,三點(diǎn)共線,
所以存在使,即,可得,
所以.
(2)
由,
由(1)知:當(dāng)時(shí),有;
而,又,的夾角是鈍角,
所以,可得;
又時(shí)、,故,滿足題設(shè);
綜上,.
13.(2022·全國(guó)·高二課時(shí)練習(xí))證明,,,四點(diǎn)共面,你能給出幾種證明方法?
【答案】證明見(jiàn)解析
【解析】
【分析】
方法一、根據(jù)即可證明;方法二、根據(jù)即可證明.
【詳解】
證明:方法一、因?yàn)椋?,,?br /> 所以,,,
所以,
所以四點(diǎn)共面;
方法二、因?yàn)?,,,?br /> 所以,,
所以,
所以,
所以四點(diǎn)共面.
14.(2022·全國(guó)·高三專(zhuān)題練習(xí))如圖,在棱長(zhǎng)為a的正方體OABC-O1A1B1C1中,E,F(xiàn)分別是棱AB、BC上的動(dòng)點(diǎn),且AE=BF=x,其中0≤x≤a,以O(shè)為原點(diǎn)建立空間直角坐標(biāo)系O—xyz.

(1)寫(xiě)出點(diǎn)E,F(xiàn)的坐標(biāo);
(2)求證:A1F⊥C1E;
(3)若A1,E,F(xiàn),C1四點(diǎn)共面,求證:.
【答案】(1) E(a,x,0),F(xiàn)(a-x,a,0);(2)證明見(jiàn)解析 ;(3) 證明見(jiàn)解析.
【解析】
【分析】
( 1 )在空間直角坐標(biāo)中結(jié)合正方體結(jié)構(gòu)特征,能求出E, F的坐標(biāo);
(2)求出,利用向量法能證明A1F⊥C1E;
(3)由 A1,E,F(xiàn),C1四點(diǎn)共面,得到,從而E, F,分別AB, BC的中點(diǎn),由此能證明.
【詳解】
(1)在棱長(zhǎng)為的正方體中,分別是棱上的動(dòng)點(diǎn)且,其中以O(shè)為原點(diǎn)建立空間直角坐標(biāo)系O—xyz,
所以E(a,x,0),F(xiàn)(a-x,a,0).
(2)證明:∵A1(a,0,a),C1(0,a,a),
∴=(-x,a,-a),=(a,x-a,-a),
∴=-ax+a(x-a)+a2=0,
∴⊥,
∴A1F⊥C1E.
(3)證明:∵A1,E,F(xiàn),C1四點(diǎn)共面,
共面.
選與為在平面A1C1E上的一組基向量,則存在唯一實(shí)數(shù)對(duì)(λ1,λ2),使=λ1+λ2,
即(-x,a,-a)=λ1(-a,a,0)+λ2(0,x,-a)=(-aλ1,aλ1+xλ2,-aλ2),

解得λ1=,λ2=1.
于是=+.
15.(2022·遼寧·遼河油田第二高級(jí)中學(xué)高二期中)已知向量,,.
(1)當(dāng)時(shí),求實(shí)數(shù)x的值;
(2)若向量與向量,共面,求實(shí)數(shù)x的值.
【答案】(1)或.
(2).
【解析】
【分析】
(1)由空間向量的坐標(biāo)運(yùn)算,建立方程,求解即可;
(2)設(shè),根據(jù)空間向量的坐標(biāo)線性運(yùn)算建立方程組,求解即可.
(1)
解: ,
因?yàn)椋?,即,解得或?br /> (2)
解:因?yàn)橄蛄颗c向量,共面,所以設(shè).
因?yàn)?,,所以所以?shí)數(shù)x的值為.
16.(2022·河北·藁城新冀明中學(xué)高二階段練習(xí))解答:
(1)已知,.若,分別求與的值;
(2)已知三個(gè)向量、、不共面,并且,,,向量、、是否共面?
【答案】(1),.
(2)共面,理由見(jiàn)解析.
【解析】
【分析】
(1)利用空間向量共線的坐標(biāo)表示可得出關(guān)于、的方程組,即可解得、的值;
(2)設(shè),根據(jù)已知條件可得出關(guān)于、的方程組,解方程組即可得出結(jié)論.
(1)
解:因?yàn)椋?,且?br /> 設(shè),則,解得;
(2)
解:不妨設(shè)向量、、共面,可設(shè),
所以,,解得,,即,
因此,向量、、共面.

題型四:空間向量模長(zhǎng)坐標(biāo)表示
1.(2022·全國(guó)·高二課時(shí)練習(xí))已知向量,,則在的方向上的數(shù)量投影為(???????)
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
【分析】
直接由數(shù)量投影的公式求解即可.
【詳解】
由題意知:在的方向上的數(shù)量投影為.
故選:C.
2.(2022·江蘇南通·高二期中)設(shè)、,向量,,且,,則(??????????)
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】
【分析】
利用空間向量垂直與共線的坐標(biāo)表示求出、的值,求出向量的坐標(biāo),利用空間向量的模長(zhǎng)公式可求得結(jié)果.
【詳解】
因?yàn)?,則,解得,則,
因?yàn)椋瑒t,解得,即,
所以,,因此,.
故選:D.
3.(2022·福建龍巖·高二期中)已知向量,,則(???????)
A. B.40 C.6 D.36
【答案】C
【解析】
【分析】
利用向量線性關(guān)系的坐標(biāo)運(yùn)算求,再利用向量模長(zhǎng)的坐標(biāo)公式求模長(zhǎng).
【詳解】
由題設(shè),則.
故選:C
4.(2022·安徽省亳州市第一中學(xué)高二開(kāi)學(xué)考試)如圖,在直三棱柱中,,,D為AB的中點(diǎn),點(diǎn)E在線段上,點(diǎn)F在線段上,則線段EF長(zhǎng)的最小值為(???????)

A. B. C.1 D.
【答案】B
【解析】
【分析】
根據(jù)給定條件建立空間直角坐標(biāo)系,令,用表示出點(diǎn)E,F(xiàn)坐標(biāo),再由兩點(diǎn)間距離公式計(jì)算作答.
【詳解】
依題意,兩兩垂直,建立如圖所示的空間直角坐標(biāo)系,

則,,
設(shè),則,設(shè),有,
線段EF長(zhǎng)最短,必滿足,則有,解得,即,
因此,,當(dāng)且僅當(dāng)時(shí)取“=”,
所以線段EF長(zhǎng)的最小值為.
故選:B
5.(2022·全國(guó)·高二課時(shí)練習(xí))在空間直角坐標(biāo)系中,已知,,則點(diǎn)到直線的距離為(???????)
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
【分析】
由題可求在方向上的投影數(shù)量,進(jìn)而點(diǎn)到直線的距離為,即求.
【詳解】
∵,,,
∴,
∴,
∴在方向上的投影數(shù)量為,
∴點(diǎn)到直線的距離為.
故選:C.
6.(2022·江西·贛州市贛縣第三中學(xué)高二開(kāi)學(xué)考試(文))已知點(diǎn)B是A(3,4,5)在坐標(biāo)平面xOy內(nèi)的射影,則||=( ?。?br /> A. B. C.5 D.5
【答案】C
【解析】
【分析】
先求出B(3,4,0),由此能求出||.
【詳解】
解:∵點(diǎn)B是點(diǎn)A(3,4,5)在坐標(biāo)平面Oxy內(nèi)的射影,∴B(3,4,0),
則||==5.
故選:C.
(多選題)7.(2022·湖北·十堰市教育科學(xué)研究院高二期末)在空間直角坐標(biāo)系中,,則(???????)
A. B.
C. D.
【答案】BD
【解析】
【分析】
根據(jù)空間向量的垂直的坐標(biāo)運(yùn)算可判斷A;計(jì)算空間向量的模長(zhǎng)可判斷BC;根據(jù)空間向量的數(shù)量積的坐標(biāo)運(yùn)算可判斷D.
【詳解】
,故A錯(cuò)誤;
,故B正確;
因?yàn)?,,所以,故C錯(cuò)誤;
因?yàn)?,所以,故D正確.
故選:BD.
8.(2022·江蘇·漣水縣第一中學(xué)高二階段練習(xí))已知空間三點(diǎn)A(1,-1,-1),B(-1,-2,2),C(2,1,1),則在上的投影向量的模是______.
【答案】
【解析】
【分析】
先求得,再根據(jù)投影向量的模的公式求解即可
【詳解】
由題,,故在上的投影向量的模
故答案為:
9.(2022·江蘇常州·高二期中)已知正方體ABCD-A1B1C1D1的棱長(zhǎng)為3,,點(diǎn)N為B1B的中點(diǎn),則___________.
【答案】
【解析】
【分析】
根據(jù)題意,建立適當(dāng)?shù)目臻g直角坐標(biāo)系,即可求解.
【詳解】
如圖所示,以點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn),以,,所在直線分別為,,軸,建立空間直角坐標(biāo)系,則,

因?yàn)?,點(diǎn)為的中點(diǎn),
所以,
所以,,
故.
故答案為:.
10.(2022·江蘇宿遷·高二期中)設(shè)空間向量是一組單位正交基底,若空間向量滿足對(duì)任意的的最小值是2,則的最小值是_________.
【答案】
【解析】
【分析】
以方向?yàn)檩S,垂直于方向?yàn)檩S建立空間直角坐標(biāo)系,根據(jù)條件求得坐標(biāo),由的表達(dá)式即可求得最小值.
【詳解】
以方向?yàn)檩S建立空間直角坐標(biāo)系,則,,
設(shè) 則,
當(dāng)時(shí)的最小值是,

取 則

又因?yàn)槭侨我庵担缘淖钚≈凳?
取 則

又因?yàn)槭侨我庵?,所以的最小值?
故答案為:.
11.(2022·全國(guó)·高二單元測(cè)試)若向量,,且,則實(shí)數(shù)______.
【答案】
【解析】
【分析】
由向量模長(zhǎng)坐標(biāo)運(yùn)算可構(gòu)造方程求得結(jié)果.
【詳解】
,,
解得:或,又,.
故答案為:.
12.(2022·湖北·武漢市第十九中學(xué)高二期末)已知、是空間內(nèi)兩個(gè)單位向量,且,如果空間向量滿足,且,,則對(duì)于任意的實(shí)數(shù)、,的最小值為_(kāi)_____.
【答案】
【解析】
【分析】
根據(jù)已知可設(shè),,,根據(jù)已知條件求出、、的值,將向量用坐標(biāo)加以表示,利用空間向量的模長(zhǎng)公式可求得的最小值.
【詳解】
因?yàn)?、是空間內(nèi)兩個(gè)單位向量,且,
所以,,因?yàn)椋瑒t,
不妨設(shè),,
設(shè),則,,解得,則,
因?yàn)椋傻茫?br /> 則,
所以,,
當(dāng)且僅當(dāng)時(shí),即當(dāng)時(shí),等號(hào)成立,
因此,對(duì)于任意的實(shí)數(shù)、,的最小值為.
故答案為:.
13.(2022·全國(guó)·高二課時(shí)練習(xí))已知直線l經(jīng)過(guò)點(diǎn),且平行于x軸,求直線l上滿足的點(diǎn)P的坐標(biāo).
【答案】或
【解析】
【分析】
由題意知直線l上的點(diǎn),設(shè)并應(yīng)用空間向量模長(zhǎng)的坐標(biāo)表示求參數(shù)x,即可確定P的坐標(biāo).
【詳解】
由題意,直線l上的點(diǎn)有,故可設(shè),
由,即,可得,解得或,
所以或.
14.(2022·湖南·高二課時(shí)練習(xí))下圖是一個(gè)機(jī)器人手臂的示意圖.該手臂分為三段,分別可用向量,,代表.

(1)若用向量代表整條手臂,求;
(2)求所代表的點(diǎn)與原點(diǎn)之間的距離.
【答案】(1)
(2).
【解析】
【分析】
(1)由向量的線性運(yùn)算求解.
(2)由向量模的定義計(jì)算.
(1)
由題意
(2)
由題意.
15.(2022·湖南·高二課時(shí)練習(xí))已知長(zhǎng)方體的四個(gè)頂點(diǎn)分別為,,,,求其余各頂點(diǎn)的坐標(biāo)以及對(duì)角線的長(zhǎng).
【答案】,,,,面對(duì)角線長(zhǎng)為,體對(duì)角線長(zhǎng)為.
【解析】
【分析】
根據(jù)向量的相等關(guān)系,求出各頂點(diǎn)坐標(biāo),根據(jù)模長(zhǎng)公式求出面對(duì)角線與體對(duì)角線的長(zhǎng).
【詳解】
由題意得:設(shè),則由得:,即,所以,又由,求得:,,,其中,故,所以面對(duì)角線長(zhǎng)度為,,所以
16.(2022·全國(guó)·高二課時(shí)練習(xí))已知點(diǎn),若,求.
【答案】
【解析】
【分析】
設(shè),用坐標(biāo)表示,可得,利用向量的模長(zhǎng)公式求解即可
【詳解】
設(shè)

由,可得
解得:



題型五:空間向量平行坐標(biāo)表示
1.(2022·江蘇·漣水縣第一中學(xué)高二階段練習(xí))向量,若,則的值為(???????)
A.2 B.1 C. D.
【答案】C
【解析】
【分析】
根據(jù)空間向量平行的坐標(biāo)公式即可求出結(jié)果.
【詳解】
由題意可得知,則,因此,所以,
故選:C.
2.(2022·江蘇南通·高二期中)設(shè)、,向量,,且,,則(??????????)
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】
【分析】
利用空間向量垂直與共線的坐標(biāo)表示求出、的值,求出向量的坐標(biāo),利用空間向量的模長(zhǎng)公式可求得結(jié)果.
【詳解】
因?yàn)?,則,解得,則,
因?yàn)椋瑒t,解得,即,
所以,,因此,.
故選:D.
3.(2022·全國(guó)·高二課時(shí)練習(xí))若四邊形ABCD是平行四邊形,且,,,則頂點(diǎn)D的坐標(biāo)為(???????)
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】
【分析】
根據(jù)為平行四邊形,得到,設(shè),將向量用坐標(biāo)表示后,代入上式即可求解.
【詳解】
為平行四邊形,,設(shè),則,
,解得.
故選:D.
4.(2022·福建·廈門(mén)一中高二階段練習(xí))設(shè)x,,向量,且,則的值為( ?。?br /> A.-1 B.1 C.2 D.3
【答案】A
【解析】
【分析】
根據(jù)向量的垂直和平行列出相應(yīng)的方程組,解得的值,可得答案.
【詳解】
由得: ,解得,
故,
故選:A.
5.(2022·江蘇·淮安市淮安區(qū)教師發(fā)展中心學(xué)科研訓(xùn)處高二期中)已知,,,若,則(???????)
A. B. C.11 D.4
【答案】B
【解析】
【分析】
根據(jù)空間向量共線的性質(zhì)進(jìn)行求解即可.
【詳解】
,,
因?yàn)椋裕?br /> 解得,,故.
故選:B
6.(2022·全國(guó)·高二課時(shí)練習(xí))如果,,三點(diǎn)在同一直線上,那么__________,__________.
【答案】???? 3???? 4
【解析】
【分析】
由且,利用空間向量共線的坐標(biāo)表示求參數(shù)a、b即可.
【詳解】
由題設(shè),且,而,
所以,可得.
故答案為:3,4.
7.(2022·山東省鄆城第一中學(xué)高二開(kāi)學(xué)考試)已知向量 , 若 ,則實(shí)數(shù)________.
【答案】
【解析】
【分析】
利用列方程,即可求解.
【詳解】
因?yàn)橄蛄浚遥?br /> 所以,
解得:.
故答案為:.
8.(2022·全國(guó)·高二課時(shí)練習(xí))在空間直角坐標(biāo)系中,點(diǎn),若點(diǎn)P在直線OA上移動(dòng),則點(diǎn)P坐標(biāo)可設(shè)為_(kāi)__________.
【答案】(答案不唯一)
【解析】
【分析】
根據(jù)向量共線設(shè)出點(diǎn)的坐標(biāo).
【詳解】
由于在直線上移動(dòng),
所以.
故答案為:
9.(2022·福建省同安第一中學(xué)高二階段練習(xí))已知向量,,若向量與向量平行,則實(shí)數(shù)______.
【答案】2
【解析】
【分析】
先求出的坐標(biāo),進(jìn)而根據(jù)空間向量平行的坐標(biāo)運(yùn)算求得答案.
【詳解】
由題意,,因?yàn)?,所以存在?shí)數(shù)使得.
故答案為:2.
10.(2022·湖北·高二期末)已知空間直角坐標(biāo)系中,點(diǎn),,若,與同向,則向量的坐標(biāo)為_(kāi)_____.
【答案】
【解析】
【分析】
求出坐標(biāo),根據(jù)給條件表示出坐標(biāo),利用向量模的坐標(biāo)表示計(jì)算作答.
【詳解】
因,,則,
因與同向,則設(shè),因此,,
于是得,解得,則,
所以向量的坐標(biāo)為.
故答案為:
11.(2022·全國(guó)·高二期末)在如圖所示的試驗(yàn)裝置中,四邊形框架為正方形,為矩形,且,且它們所在的平面互相垂直,N為對(duì)角線上的一個(gè)定點(diǎn),且,活動(dòng)彈子M在正方形對(duì)角線上移動(dòng),當(dāng)取最小值時(shí),的值為_(kāi)___________.

【答案】
【解析】
【分析】
根據(jù)給定條件建立以直線BA,BE,BC分別為x軸,y軸,z軸的空間直角坐標(biāo)系,利用空間向量即可計(jì)算,求其最小值即可.
【詳解】
解:因ABCD為正方形,則AB⊥BC,而平面ABCD⊥平面ABEF,
平面ABCD?平面ABEF=AB,
于是得AB⊥平面ABEF,又ABEF為矩形,即BE⊥AB,
以射線BA,BE,BC分別為x,y,z軸的非負(fù)半軸建立空間直角坐標(biāo)系,如圖,

則B(0,0,0),A(1,0,0),C(0,0,1),E(0,3,0),F(xiàn)(1,3,0),
因點(diǎn)N在BF上,且2FN=BN,則,
又M在線段AC上移動(dòng),則有,
于是得點(diǎn),
?
,
因此,當(dāng)時(shí),取最小值,
此時(shí),,.
故答案為:
12.(2022·全國(guó)·高二課時(shí)練習(xí))已知,,且與平行,求實(shí)數(shù)m的值.
【答案】
【解析】
【分析】
根據(jù)向量平行的性質(zhì)求解即可.
【詳解】
因?yàn)椋裕?br /> 所以,
因?yàn)榕c不平行,所以,
所以.
13.(2022·全國(guó)·高二課時(shí)練習(xí))已知點(diǎn),且O為坐標(biāo)原點(diǎn),求點(diǎn)C的坐標(biāo).
【答案】.
【解析】
【分析】
由空間向量共線的坐標(biāo)運(yùn)算即可求得答案.
【詳解】
設(shè),則,所以,即點(diǎn)C的坐標(biāo)為.
14.(2022·全國(guó)·高二課時(shí)練習(xí))在空間直角坐標(biāo)系中,已知四點(diǎn)、、,點(diǎn)M是直線OC上的動(dòng)點(diǎn),當(dāng)取得最小值時(shí),求點(diǎn)M的坐標(biāo).
【答案】
【解析】
【分析】
根據(jù)M、O、C三點(diǎn)共線可設(shè),從而表示出M的坐標(biāo),根據(jù)向量數(shù)量積的坐標(biāo)運(yùn)算即可表示出,結(jié)合二次函數(shù)的性質(zhì)即可求其最小值時(shí)λ的值,從而求得M的坐標(biāo).
【詳解】
由題意,設(shè),則,即,
則,,
∴,
當(dāng)且僅當(dāng)時(shí),取得最小值,此時(shí)點(diǎn)M的坐標(biāo)為.
15.(2022·全國(guó)·高二課時(shí)練習(xí))正方體ABCD-A1B1C1D1中,E是棱D1D的中點(diǎn),P、Q分別為線段B1D1,BD上的點(diǎn),且3=,若PQ⊥AE,=λ,求λ的值.

【答案】λ=-4.
【解析】
【分析】
建立空間直角坐標(biāo)系,設(shè)正方體棱長(zhǎng)為1,求出的坐標(biāo),設(shè)點(diǎn)P的坐標(biāo)為(a,a,1)和Q的坐標(biāo)為(b,b,0),結(jié)合已知向量共線和向量垂直即可求出未知數(shù)的值,從而求出Q的坐標(biāo),進(jìn)而可求出λ.
【詳解】
以D為原點(diǎn),,,的方向分別為x軸,y軸,z軸的正方向,
建立空間直角坐標(biāo)系,設(shè)正方體棱長(zhǎng)為1,則A(1,0,0),E,B(1,1,0),
B1(1,1,1),D1(0,0,1),由題意,可設(shè)點(diǎn)P的坐標(biāo)為(a,a,1),
因?yàn)?=,所以3(a-1,a-1,0)=(-a,-a,0),所以3a-3=-a,解得,
所以點(diǎn)P的坐標(biāo)為.由題意可設(shè)點(diǎn)Q的坐標(biāo)為(b,b,0),因?yàn)镻Q⊥AE,
所以=0,所以·=0,即,解得 ,
所以點(diǎn)Q的坐標(biāo)為,因?yàn)?,所以=λ?br /> 所以,故λ=-4.

【點(diǎn)睛】
關(guān)鍵點(diǎn)睛:
本題的關(guān)鍵是通過(guò)建立空間直角坐標(biāo)系,由向量共線和垂直求出Q的坐標(biāo).

題型六:空間向量垂直坐標(biāo)表示
1.(2022·四川省綿陽(yáng)普明中學(xué)高二階段練習(xí)(文))已知空間向量,,,則下列結(jié)論正確的是(???????)
A.且 B.且
C.且 D.以上都不對(duì)
【答案】C
【解析】
【分析】
根據(jù)空間向量垂直平行的性質(zhì)判斷即可
【詳解】
由題,因?yàn)椋?,又,?br /> 故選:C
2.(2022·廣東·潮州市綿德中學(xué)高二階段練習(xí))已知,若,則m的值為(???????)
A.3 B. C. D.4
【答案】A
【解析】
【分析】
根據(jù)向量垂直時(shí),數(shù)量積等于0,列出相應(yīng)方程,求得答案.
【詳解】
由題意可得,
故 ,則 ,
故選:A
3.(2022·江蘇·濱??h五汛中學(xué)高二期中)已知向量,,,且向量與互相垂直,則的值是(???????)
A.1 B. C. D.0
【答案】B
【解析】
【分析】
先求出的坐標(biāo),再根據(jù)數(shù)量積為0可求的值.
【詳解】
,
因?yàn)橄蛄颗c互相垂直,故,故,
故選:B
4.(2022·江蘇徐州·高二期中)如圖,正方體的棱長(zhǎng)為6,點(diǎn)為的中點(diǎn),點(diǎn)為底面上的動(dòng)點(diǎn),滿足的點(diǎn)的軌跡長(zhǎng)度為(???????)

A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
【分析】
建立如圖所示的空間直角坐標(biāo)系,利用坐標(biāo)法可得動(dòng)點(diǎn)的軌跡為線段即可得結(jié)果.
【詳解】
分別以,,為軸,軸,軸建立如圖所示的空間直角坐標(biāo)系,
則,,,設(shè),,
則,,
由得,即,
由于,所以,,
所以點(diǎn)的軌跡為面上的直線:,,即圖中的線段,
由圖知:,
故選:B.

5.(2022·江蘇省江浦高級(jí)中學(xué)高二期中)在空間直角坐標(biāo)系中,,,,若,則實(shí)數(shù)的值為(???????)
A.3 B. C. D.
【答案】A
【解析】
【分析】
由空間向量垂直的坐標(biāo)表示計(jì)算.
【詳解】
由題意,,,
,
因?yàn)椋?br /> 所以,.
故選:A.
6.(2022·全國(guó)·高三專(zhuān)題練習(xí))如圖,已知正方體ABCD—A1B1C1D1的棱長(zhǎng)為4,P是的中點(diǎn),點(diǎn)M在側(cè)面(含邊界)內(nèi),若.則△BCM面積的最小值為( ?。?br />

A.8 B.4 C. D.
【答案】D
【解析】
【分析】
以為原點(diǎn),所在直線為軸,所在直線為軸,所在直線為軸建立空間直角坐標(biāo)系,設(shè),利用向量法確定M的軌跡滿足,求出的最小值,可求出面積的最小值.
【詳解】
以為原點(diǎn),所在直線為軸,所在直線為軸,所在直線為軸建立空間直角坐標(biāo)系,如圖,

則 ,,,,
設(shè) ,則 ,,
因?yàn)?,
所以 ,得 ,
所以 ,
所以 ,
當(dāng) 時(shí), 取最小值 ,
易知,且平面,平面
故,故
所以的最小值為.
故選:D.
7.(2022·全國(guó)·高二課時(shí)練習(xí))在棱長(zhǎng)為1的正方體中,若點(diǎn)E是線段AB的中點(diǎn),點(diǎn)M是底面ABCD內(nèi)的動(dòng)點(diǎn),且滿足,則線段AM的長(zhǎng)的最小值為_(kāi)_____.
【答案】
【解析】
【分析】
以點(diǎn)為原點(diǎn)建立空間直角坐標(biāo)系,再由可得的軌跡方程,從而由平面知識(shí)得到長(zhǎng)的最小值.
【詳解】
如圖所示,建立空間直角坐標(biāo)系,


則,,,設(shè),
則,,
,,
即點(diǎn)的軌跡方程為,
線段AM的長(zhǎng)的最小值為.
故答案為:.
8.(2022·全國(guó)·高二單元測(cè)試)已知,.設(shè)D在直線AB上,且,設(shè),若,則實(shí)數(shù)______.
【答案】
【解析】
【分析】
由題知,,進(jìn)而根據(jù)空間向量的垂直關(guān)系求解即可.
【詳解】
解:因?yàn)樵谥本€上,且,
所以
所以,,
因?yàn)?br /> 所以,解得.
故答案為:
9.(2022·全國(guó)·高二課時(shí)練習(xí))已知向量,,.當(dāng)時(shí),若向量與垂直,則實(shí)數(shù)的值為_(kāi)_____.
【答案】
【解析】
【分析】
根據(jù)空間向量模的坐標(biāo)表示公式,結(jié)合空間向量的加法、數(shù)乘的運(yùn)算的坐標(biāo)表示公式和空間向量垂直的坐標(biāo)表示公式進(jìn)行求解即可.
【詳解】
因?yàn)?,所以?br /> ,
因?yàn)榕c垂直,
所以.
故答案為:
10.(2022·全國(guó)·高三專(zhuān)題練習(xí)(理))在長(zhǎng)方體中,已知AB=2,BC=t,若在線段AB上存在點(diǎn)E,使得,則實(shí)數(shù)t的取值范圍是______.
【答案】
【解析】
【分析】
如圖,以為原點(diǎn),以分別為軸建立空間直角坐標(biāo)系,設(shè),,然后利用空間向量表示出的關(guān)系,從而可求得結(jié)果
【詳解】
如圖,以為原點(diǎn),以分別為軸建立空間直角坐標(biāo)系,設(shè),,()
則,
因?yàn)?,所以?br /> 所以,所以,
因?yàn)?,所以?br /> 所以,
因?yàn)閠 >0
所以實(shí)數(shù)t的取值范圍是,
故答案為:

11.(2022·全國(guó)·高二課時(shí)練習(xí))如圖,在棱長(zhǎng)為的正方體中,是的中點(diǎn),是的中點(diǎn),是的中點(diǎn).

(1)試建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系,并確定、、三點(diǎn)的坐標(biāo);
(2)求證:.
【答案】(1)答案見(jiàn)解析
(2)證明見(jiàn)解析
【解析】
【分析】
(1)以點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn),、、所在直線分別為、、軸建立空間直角坐標(biāo)系,可得出、、三點(diǎn)的坐標(biāo);
(2)利用空間向量垂直的坐標(biāo)表示可證得結(jié)論成立.
(1)
解:以點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn),、、所在直線分別為、、軸建立如下圖所示的空間直角坐標(biāo)系,

則、、.
(2)
證明:依題意可得、,則,,
所以,,所以.
12.(2022·江蘇·濱??h五汛中學(xué)高二期中)已知點(diǎn),,,設(shè),.
(1)求,夾角的余弦值.
(2)若向量,垂直,求的值.
(3)若向量,平行,求的值.
【答案】(1)
(2)或.
(3)
【解析】
【分析】
(1)利用夾角公式可求夾角的余弦值.
(2)利用向量垂直的坐標(biāo)形式可求參數(shù)的值.
(3)利用共線向量定理可求參數(shù)的值.
(1)
,,
故.
(2)
由(1)可得
,,
因?yàn)橄蛄?,垂直,故?br /> 整理得到:,故或.
(3)
由(1)可得不共線,故,均不為零向量,
若向量,平行,則存在非零常數(shù),使得,
整理得到:,
因?yàn)椴还簿€,故,故或,
故.
13.(2022·福建龍巖·高二期中)已知向量,,點(diǎn),.
(1)求;
(2)若直線AB上存在一點(diǎn)E,使得,其中O為原點(diǎn),求E點(diǎn)的坐標(biāo).
【答案】(1)5
(2)
【解析】
【分析】
(1)根據(jù)空間向量坐標(biāo)表示的線性運(yùn)算求出,再根據(jù)向量模的坐標(biāo)公式即可得解;
(2)設(shè),根據(jù)求出,再根據(jù)可得,從而可求得,即可求出,從而可得出答案.
(1)
解:因?yàn)椋?br /> 所以,
所以;
(2)
解:設(shè),
由,,得,
則,
故,
因?yàn)椋?br /> 所以,
即,解得,
所以,
設(shè),
則,
所以,解得,
所以.
14.(2022·河南·寶豐縣第一高級(jí)中學(xué)模擬預(yù)測(cè)(文))如圖,,是圓柱底面的圓心,,,均為圓柱的母線,是底面直徑,E為的中點(diǎn).已知,.

(1)證明:;
(2)若,求該圓柱的體積.
【答案】(1)見(jiàn)解析
(2)
【解析】
【分析】
(1)通過(guò)線面垂直證明線線垂直
(2)建立空間直角坐標(biāo)系,根據(jù)垂直條件解出圓柱的高
(1)

連結(jié),可知
平面
平面

(2)
如圖,以為原點(diǎn),所在直線分別為軸建立空間直角坐標(biāo)系
設(shè)圓柱的高為
可得

由題意得,解得
故圓柱的體積
15.(2022·江蘇·淮安市淮安區(qū)教師發(fā)展中心學(xué)科研訓(xùn)處高二期中)已知點(diǎn),,點(diǎn)P在直線AB上.
(1)若,寫(xiě)出點(diǎn)P的坐標(biāo);
(2)若點(diǎn)O是坐標(biāo)原點(diǎn),且,寫(xiě)出點(diǎn)P的坐標(biāo).
【答案】(1)或;
(2).
【解析】
【分析】
(1)由點(diǎn)在直線上得,表示出P的坐標(biāo),根據(jù)求出即可.
(2)根據(jù)求出即可.
(1)
,
∵點(diǎn)在直線上,∴,,.
由得,
,或.
(2)
,
,,,.

題型七:空間向量夾角坐標(biāo)表示
1.(2022·福建省龍巖第一中學(xué)高二階段練習(xí))已知,則在上的投影向量為(???????)
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
【分析】
根據(jù)題意得,進(jìn)而根據(jù)投影向量的概念求解即可.
【詳解】
因?yàn)椋裕?br /> 所以,
所以在上的投影向量為
故選:B
2.(2022·全國(guó)·高二課時(shí)練習(xí))邊長(zhǎng)為的正方形沿對(duì)角線折成直二面角,、分別為、的中點(diǎn),是正方形的中心,則的大小為(???????)
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
【分析】
建立空間直角坐標(biāo)系,以向量法去求的大小即可解決.
【詳解】
由題意可得平面,,則兩兩垂直
以O(shè)為原點(diǎn),分別以O(shè)B、OA、OC所在直線為x、y、z軸建立空間直角坐標(biāo)系

則,,,,

又,則
故選:B
3.(2022·江蘇·南京市中華中學(xué)高二開(kāi)學(xué)考試)在空間直角坐標(biāo)系中,若,,與的夾角為,則的值為(???????)
A.1 B. C.或 D.17或
【答案】D
【解析】
【分析】
根據(jù)題意,結(jié)合空間向量的數(shù)量積的運(yùn)算公式和空間向量的夾角公式,列出方程,即可求解.
【詳解】
由題意,向量,,
可得,,,
因?yàn)榕c的夾角為,可得,即,
整理得,解得或.
故選:D.
4.(2022·河北石家莊·一模)《九章算術(shù)》是中國(guó)古代張蒼、耿壽昌所撰寫(xiě)的一部數(shù)學(xué)專(zhuān)著,是《算經(jīng)十書(shū)》中最重要的一部,成于公元一世紀(jì)左右,是當(dāng)時(shí)世界上最簡(jiǎn)練有效的應(yīng)用數(shù)學(xué)專(zhuān)著,它的出現(xiàn)標(biāo)志著中國(guó)古代數(shù)學(xué)形成了完整的體系.在《九章算術(shù)》,將底面是直角三角形的直三棱柱稱(chēng)為“塹堵”.已知在“塹堵”中,,,動(dòng)點(diǎn)在“塹堵”的側(cè)面上運(yùn)動(dòng),且,則的最大值為(???????).
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
【分析】
由題意建立空間直角坐標(biāo)系,利用空間向量法求得余弦值,即可求出的最大值.
【詳解】
由題意可知三棱柱為直三棱柱,且,
以為坐標(biāo)原點(diǎn), 分別為軸,建立如圖所示的直角坐標(biāo)系,如下圖所示:

因?yàn)椋瑒t,
由于動(dòng)點(diǎn)在“塹堵”的側(cè)面上運(yùn)動(dòng),則存在實(shí)數(shù)使得,
又,所以,
所以,
又,所以,
化簡(jiǎn)可得,即,
又,
又,所以,,
所以,
又,函數(shù)在上單調(diào)遞減,且,
所以的最大值為.
故選:B.
(多選題)5.(2022·江蘇·馬壩高中高二期中)若,,與的夾角為120°,則的值為(???????)
A. B.17 C.1 D.
【答案】BD
【解析】
【分析】
由空間向量夾角的坐標(biāo)表示求解
【詳解】
由題意得
解得或
故選:BD
6.(2022·全國(guó)·高二課時(shí)練習(xí))已知、、,則______.
【答案】60°##
【解析】
【分析】
先求出,,再由向量夾角公式求解即可.
【詳解】
由題意知:,,
則,故.
故答案為:.
7.(2022·全國(guó)·高二課時(shí)練習(xí))已知、、,與的夾角為 ,則實(shí)數(shù)______.
【答案】
【解析】
【分析】
求得向量的坐標(biāo),根據(jù)向量的夾角公式即可求得答案.
【詳解】
由題意得,,
故 ,
解得 ,
故答案為:
8.(2022·全國(guó)·高二單元測(cè)試)若空間兩個(gè)單位向量、與的夾角都等于,則______.
【答案】.
【解析】
【分析】
利用空間向量夾角公式進(jìn)行求解即可.
【詳解】
因?yàn)槭菃挝幌蛄?,所以有?br /> 因?yàn)榕c的夾角都等于,
所以,
所以有,
,
故答案為:
9.(2022·全國(guó)·高二課時(shí)練習(xí))在空間直角坐標(biāo)系中,分別是軸、軸、軸正方向上的單位向量,若為非零向量,且,,則______.
【答案】或
【解析】
【分析】
設(shè),由向量數(shù)量積運(yùn)算可求得,,由模長(zhǎng)運(yùn)算可知,由向量夾角公式可求得結(jié)果.
【詳解】
設(shè),又,,,
,,
即,,,
解得:,或,
或,
又,或.
故答案為:或.
10.(2022·四川·閬中中學(xué)高二階段練習(xí)(理))若向量若與的夾角為銳角,則的范圍為_(kāi)________.
【答案】
【解析】
【分析】
由與的夾角為銳角,判斷出,且、不同向共線,列不等式組求出k的范圍.
【詳解】
因?yàn)橄蛄咳襞c的夾角為銳角,
所以,且、不同向共線.
只需滿足,解得:或.
所以的范圍為.
故答案為:.
11.(2022·全國(guó)·高二課時(shí)練習(xí))如圖所示,在直三棱柱中,,,棱,、分別為、的中點(diǎn).建立適當(dāng)?shù)目臻g直角坐標(biāo)系,解決如下問(wèn)題:

(1)求的模;
(2)求的值;
(3)求證:平面.
【答案】(1)
(2)
(3)證明見(jiàn)解析
【解析】
【分析】
(1)以點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn),、、所在直線分別為、、軸建立空間直角坐標(biāo)系,利用空間向量的模長(zhǎng)公式可求得結(jié)果;
(2)利用空間向量數(shù)量積的坐標(biāo)運(yùn)算可求得的值;
(3)利用空間向量法可證得,,再利用線面垂直的判定定理可證得結(jié)論成立.
(1)
解:因?yàn)槠矫妫?br /> 以點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn),、、所在直線分別為、、軸建立如下圖所示的空間直角坐標(biāo)系,

則,,所以,,則.
(2)
解:依題意得、、、,
所以,,,,
又,,
所以,.
(3)
證明:依題意得、、、、,
則,,,
所以,,,
則,,即,,
又因?yàn)椋?,平?
12.(2022·全國(guó)·高二課時(shí)練習(xí))已知空間中三點(diǎn)、、,設(shè),.
(1)若,且,求向量;
(2)已知向量與互相垂直,求實(shí)數(shù)k的值;
(3)求以,為一組鄰邊的平行四邊形的面積S.
【答案】(1)或
(2)
(3)3
【解析】
【分析】
(1)設(shè),表示出其坐標(biāo),根據(jù)模的計(jì)算,求得答案;
(2)表示出的坐標(biāo),根據(jù)向量垂直的坐標(biāo)運(yùn)算,求得答案;
(3)求得向量,夾角的余弦,進(jìn)而求得其正弦,根據(jù)三角形面積公式求得答案.
(1)
∵空間中三點(diǎn),,,,,
∴.
∵,且,∴設(shè),則,
∴,∴,
∴或.
(2)
由題意得,
∴,
∵向量與互相垂直,∴,解得.
(3)
,,,
,,
故,
∴.
13.(2022·福建龍巖·高二期中)已知空間中三點(diǎn),,.
(1)若,,三點(diǎn)共線,求的值;
(2)若,的夾角是鈍角,求的取值范圍.
【答案】(1);
(2).
【解析】
【分析】
(1)由向量的坐標(biāo)表示確定、,再由三點(diǎn)共線,存在使,進(jìn)而求出m、n,即可得結(jié)果.
(2)由向量夾角的坐標(biāo)表示求,再根據(jù)鈍角可得,討論的情況,即可求范圍.
(1)
由題設(shè),,又,,三點(diǎn)共線,
所以存在使,即,可得,
所以.
(2)
由,
由(1)知:當(dāng)時(shí),有;
而,又,的夾角是鈍角,
所以,可得;
又時(shí)、,故,滿足題設(shè);
綜上,.
14.(2022·福建省長(zhǎng)汀縣第一中學(xué)高二階段練習(xí))設(shè)向量,,計(jì)算以及與所成角的余弦值.
【答案】,,,
【解析】
【分析】
根據(jù)空間向量的坐標(biāo)運(yùn)算直接計(jì)算可得.
【詳解】


.
∵,,

15.(2022·全國(guó)·高二課時(shí)練習(xí))如圖,將正三棱柱放在空間直角坐標(biāo)系中,使得棱AB的中點(diǎn)恰為空間直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)O,A,B兩點(diǎn)在x軸上,點(diǎn)C在y軸上,若,,寫(xiě)出,的坐標(biāo),并求它們夾角的余弦值.

【答案】,
【解析】
【分析】
寫(xiě)出四個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo),再利用空間向量的坐標(biāo)運(yùn)算可得向量坐標(biāo),利用夾角公式可得向量夾角的余弦值.
【詳解】
由已知得,
則,
.
16.(2022·湖南·高二課時(shí)練習(xí))已知,,,求的面積.
【答案】
【解析】
【分析】
根據(jù)題意,求得,的坐標(biāo)及其夾角的余弦值和正弦值,利用三角形面積公式即可求得結(jié)果.
【詳解】
因?yàn)?,,,故可?
不妨設(shè),的夾角為,故可得,
則,則.
故答案為:.



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