
A. eq \f(\r(30),5) B. eq \r(30) C. eq \f(\r(30),10) D.2 eq \r(30)
解析:選A 由已知得 eq \(PA,\s\up6(―→))=(-1,-1,-1),所以點(diǎn)P到直線l的距離為d= eq \r(\(PA,\s\up6(―→))2-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\(PA,\s\up6(―→))·\f(n,|n|)))\s\up12(2))= eq \r(3-\f(9,5))= eq \f(\r(30),5).
2.若三棱錐P-ABC的三條側(cè)棱兩兩垂直,且滿足PA=PB=PC=1,則點(diǎn)P到平面ABC的距離是( )
A. eq \f(\r(6),6) B. eq \f(\r(6),3) C. eq \f(\r(3),6) D. eq \f(\r(3),3)
解析:選D 分別以PA,PB,PC所在的直線為x軸、y軸、z軸建立空間直角坐標(biāo)系,則A(1,0,0),B(0,1,0),C(0,0,1).可以求得平面ABC的一個(gè)法向量為n=(1,1,1),則d= eq \f(|\(PA,\s\up6(―→))·n|,|n|)= eq \f(\r(3),3).
3.已知△ABC的頂點(diǎn)A(1,-1,2),B(5,-6,2),C(1,3,-1),則AC邊上的高BD的長等于( )
A.3 B.4 C.5 D.6
解析:選C 因?yàn)?eq \(AB,\s\up6(―→))=(4,-5,0), eq \(AC,\s\up6(―→))=(0,4,-3),則 eq \(AC,\s\up6(―→))對應(yīng)的單位向量為 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(4,5),-\f(3,5))),
所以AC邊上的高BD的長為B到AC的距離d= eq \r(\(AB,\s\up6(―→))2-(\(AB,\s\up6(―→))·u)2)= eq \r(41-16)=5.
4.如圖所示,在空間直角坐標(biāo)系中有長方體ABCD-A1B1C1D1,AB=1,BC=2,AA1=3,則點(diǎn)B到直線A1C的距離為( )
A. eq \f(2,7)B. eq \f(2\r(35),7)
C. eq \f(\r(35),7) D.1
解析:選B 過點(diǎn)B作BE⊥A1C,垂足為E,設(shè)點(diǎn)E的坐標(biāo)為(x,y,z),
由題意知A1(0,0,3),B(1,0,0),C(1,2,0),
故 eq \(A1C,\s\up6(―→))=(1,2,-3), eq \(BC,\s\up6(―→))=(0,2,0),
eq \(A1C,\s\up6(―→))對應(yīng)的單位向量為 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,\r(14)),\f(2,\r(14)),-\f(3,\r(14)))),
所以點(diǎn)B到A1C的距離為
eq \r(\(BC,\s\up6(―→))2-(\(BC,\s\up6(―→))·u)2)= eq \r(4-\f(8,7))= eq \f(2\r(35),7).
5.若正方體ABCD-A1B1C1D1的棱長為a,則平面AB1D1與平面BDC1的距離為( )
A. eq \r(2)a B. eq \r(3)a C. eq \f(\r(2),3)a D. eq \f(\r(3),3)a
解析:選D 建立空間直角坐標(biāo)系如圖.
則A(a,0,0),D(0,0,0),C1(0,a,a),D1(0,0,a),B1(a,a,a),
∴ eq \(AB1,\s\up6(―→))=(0,a,a), eq \(AD1,\s\up6(―→))=(-a,0,a).
設(shè)n=(x,y,z)為平面AB1D1的法向量,
則 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(n·\(AB1,\s\up6(―→))=a(y+z)=0,,n·\(AD1,\s\up6(―→))=a(-x+z)=0,))
得 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(y=-z,,x=z.))取z=1,則n=(1,-1,1).
又∵AD1∥BC1,AB1∥DC1,AD1∩AB1=A,
DC1∩BC1=C1,∴平面AB1D1∥平面BDC1.
∴平面AB1D1與平面BDC1的距離可轉(zhuǎn)化為點(diǎn)C1到平面AB1D1的距離d.
∵ eq \(C1B1,\s\up6(―→))=(a,0,0),平面AB1D1的法向量為n=(1,-1,1),
∴d= eq \f(|\(C1B1,\s\up6(―→))·n|,|n|)= eq \f(|a|,\r(3))= eq \f(\r(3),3)a.
6.已知向量n=(1,0,-1)與直線l垂直,且直線l經(jīng)過點(diǎn)A(2,3,1),則點(diǎn)P(4,3,2)到直線l的距離為________.
解析: eq \(PA,\s\up6(―→))=(-2,0,-1),因?yàn)閚與l垂直,所以P到l的距離為 eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(\f((-2,0,-1)·(1,0,-1),\r(12+(-1)2))))= eq \f(1,\r(2))= eq \f(\r(2),2).
答案: eq \f(\r(2),2)
7.在底面是直角梯形的四棱錐P-ABCD中,側(cè)棱PA⊥底面ABCD,BC∥AD,∠ABC=90°,PA=AB=BC=2,AD=1,則AD到平面PBC的距離為________.
解析:AD到平面PBC的距離等于點(diǎn)A到平面PBC的距離.由已知可知AB,AD,AP兩兩垂直.
以A為坐標(biāo)原點(diǎn), eq \(AB,\s\up6(―→)), eq \(AD,\s\up6(―→)), eq \(AP,\s\up6(―→))的方向?yàn)閤軸、y軸、z軸正方向建立空間直角坐標(biāo)系(圖略),則A(0,0,0),B(2,0,0),C(2,2,0),P(0,0,2),則 eq \(PB,\s\up6(―→))=(2,0,-2),
eq \(BC,\s\up6(―→))=(0,2,0).設(shè)平面PBC的法向量為n=(a,b,c),
則 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(n⊥\(PB,\s\up6(―→)),,n⊥\(BC,\s\up6(―→)),))即 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(2a-2c=0,,2b=0,))取a=1,得n=(1,0,1),
又 eq \(AB,\s\up6(―→))=(2,0,0),所以d= eq \f(|\(AB,\s\up6(―→))·n|,|n|)= eq \r(2).
答案: eq \r(2)
8.在空間直角坐標(biāo)系Oxyz中,A(1,2,1),B(2,1,m),C(0,1,2),若點(diǎn)C到直線AB的距離不小于 eq \f(\r(10),2),寫出一個(gè)滿足條件的m的值:________.
解析:因?yàn)?eq \(AB,\s\up6(―→))=(1,-1,m-1), eq \(AC,\s\up6(―→))=(-1,-1,1),
所以點(diǎn)C到直線AB的距離d= eq \r(|\(AC,\s\up6(―→))|2-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(\(AC,\s\up6(―→))·\(AB,\s\up6(―→)),|\(AB,\s\up6(―→))|)))2)= eq \r(3-\f((m-1)2,(m-1)2+2))≥ eq \f(\r(10),2),解得1- eq \r(2)≤m≤1+ eq \r(2).
答案:1(答案不唯一,只要m∈[1- eq \r(2),1+ eq \r(2)]即可)
9.已知正方體ABCD-A1B1C1D1的棱長為a,E,F(xiàn)分別是BB1,CD的中點(diǎn),求點(diǎn)F到平面A1D1E的距離.
解:建立空間直角坐標(biāo)系,如圖所示,則A1(a,0,a),D1(0,0,a),E eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(a,a,\f(a,2))),F(xiàn) eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(a,2),0)).
設(shè)平面A1D1E的法向量為n=(x,y,z),則n· eq \(A1D1,\s\up6(―→))=0,n· eq \(A1E,\s\up6(―→))=0,
即 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1((x,y,z)·(-a,0,0)=0,,(x,y,z)·\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,a,-\f(a,2)))=0,))
∴-ax=0,ay- eq \f(a,2)z=0.即 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x=0,,y=\f(z,2),))令z=2,得n=(0,1,2).
又 eq \(FD1,\s\up6(―→))= eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,-\f(a,2),a)),∴所求距離d= eq \f(|\(FD1,\s\up6(―→))·n|,|n|)= eq \f(\f(3,2)a,\r(5))= eq \f(3\r(5),10)a.
10.如圖,在棱長為1的正方體ABCD-A1B1C1D1中,E為A1B1的中點(diǎn),F(xiàn)為AB的中點(diǎn),H為DD1的中點(diǎn),K為BB1的中點(diǎn).
(1)求直線A1H到直線KC的距離;
(2)求直線FC到平面AEC1的距離.
解:(1)以D1為原點(diǎn),D1A1,D1C1,D1D所在直線分別為x,y,z軸,建立如圖所示的空間直角坐標(biāo)系,則A1(1,0,0),C(0,1,1),A(1,0,1),C1(0,1,0),
H eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,0,\f(1,2))),K eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1,1,\f(1,2))),
F eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1,\f(1,2),1)),E eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1,\f(1,2),0)),所以 eq \(A1H,\s\up6(―→))= eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-1,0,\f(1,2))), eq \(KC,\s\up6(―→))= eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-1,0,\f(1,2))).則 eq \(A1H,\s\up6(―→))= eq \(KC,\s\up6(―→)),即 eq \(A1H,\s\up6(―→))∥ eq \(KC,\s\up6(―→)),則A1H∥KC,
所以直線A1H到直線KC的距離可轉(zhuǎn)化成點(diǎn)A1到直線KC的距離.又 eq \(KA1,\s\up6(―→))= eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,-1,-\f(1,2))),| eq \(KC,\s\up6(―→))|= eq \r(1+\f(1,4))= eq \f(\r(5),2), eq \(KA1,\s\up6(―→))在 eq \(KC,\s\up6(―→))上的投影向量的長度為 eq \f(|\(KA1,\s\up6(―→))·\(KC,\s\up6(―→))|,|\(KC,\s\up6(―→))|)= eq \f(\r(5),10),| eq \(KA1,\s\up6(―→))|= eq \r(1+\f(1,4))= eq \f(\r(5),2),
所以點(diǎn)A1到直線KC的距離d= eq \r(\f(5,4)-\f(1,20))= eq \f(\r(30),5).
所以直線A1H到直線KC的距離為 eq \f(\r(30),5).
(2)由(1)可得 eq \(FC,\s\up6(―→))= eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-1,\f(1,2),0)), eq \(AE,\s\up6(―→))= eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,\f(1,2),-1)), eq \(AC1,\s\up6(―→))=(-1,1,-1).設(shè)平面AEC1的法向量為n=(x,y,z),
由 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(n·\(AE,\s\up6(―→))=\f(1,2)y-z=0,,n·\(AC1,\s\up6(―→))=-x+y-z=0,))令y=2,則x=1,z=1,得n=(1,2,1).因?yàn)?eq \(FC,\s\up6(―→))·n=0,所以 eq \(FC,\s\up6(―→))⊥n,則FC∥平面AEC1.所以直線FC到平面AEC1的距離可轉(zhuǎn)化成點(diǎn)C到平面AEC1的距離,則 eq \(CC1,\s\up6(―→))=(0,0,-1).所以直線FC到平面AEC1的距離d1= eq \f(|\(CC1,\s\up6(―→))·n|,|n|)= eq \f(1,\r(6))= eq \f(\r(6),6).
1.[多選]已知正方體ABCD-A1B1C1D1的棱長為1,點(diǎn)E,O分別是A1B1,A1C1的中點(diǎn),點(diǎn)P在正方體內(nèi)部且滿足 eq \(AP,\s\up6(―→))= eq \f(3,4) eq \(AB,\s\up6(―→))+ eq \f(1,2) eq \(AD,\s\up6(―→))+ eq \f(2,3) eq \(AA1,\s\up6(―→)),則下列說法正確的是( )
A.點(diǎn)A到直線BE的距離是 eq \f(\r(5),5)
B.點(diǎn)O到平面ABC1D1的距離為 eq \f(\r(2),4)
C.平面A1BD與平面B1CD1間的距離為 eq \f(\r(3),3)
D.點(diǎn)P到直線AB的距離為 eq \f(25,36)
解析:選BC 如圖,建立空間直角坐標(biāo)系,則A(0,0,0),B(1,0,0),D(0,1,0),A1(0,0,1),C1(1,1,1),D1(0,1,1),E eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2),0,1)),所以 eq \(BA,\s\up6(―→))=(-1,0,0), eq \(BE,\s\up6(―→))= eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(1,2),0,1)).
設(shè)∠ABE= θ,則cs θ= eq \f(|\(BA,\s\up6(―→))·\(BE,\s\up6(―→))|,|\(BA,\s\up6(―→))||\(BE,\s\up6(―→))|)= eq \f(\r(5),5),sin θ= eq \r(1-cs2θ)= eq \f(2\r(5),5).故A到直線BE的距離d1=| eq \(BA,\s\up6(―→))|·sinθ=1× eq \f(2\r(5),5)= eq \f(2\r(5),5),故A錯(cuò)誤;易知 eq \(C1O,\s\up6(―→))= eq \f(1,2) eq \(C1A1,\s\up6(―→))= eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(1,2),-\f(1,2),0)),平面ABC1D1的一個(gè)法向量為 eq \(DA1,\s\up6(―→))=(0,-1,1),則點(diǎn)O到平面ABC1D1的距離d2= eq \f(|\(DA1,\s\up6(―→))·\(C1O,\s\up6(―→))|,|\(DA1,\s\up6(―→))|)= eq \f(\f(1,2),\r(2))= eq \f(\r(2),4),故B正確; eq \(A1B,\s\up6(―→))=(1,0,-1), eq \(A1D,\s\up6(―→))=(0,1,-1), eq \(A1D1,\s\up6(―→))=(0,1,0).設(shè)平面A1BD的法向量為n=(x,y,z),則 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(n·\(A1B,\s\up6(―→))=0,,n·\(A1D,\s\up6(―→))=0,))所以 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x-z=0,,y-z=0,))令z=1,得y=1,x=1,所以n=(1,1,1)為平面A1BD的一個(gè)法向量.所以點(diǎn)D1到平面A1BD的距離d3= eq \f(|\(A1D1,\s\up6(―→))·n|,|n|)= eq \f(1,\r(3))= eq \f(\r(3),3).因?yàn)槠矫鍭1BD∥平面B1CD1,所以平面A1BD與平面B1CD1間的距離等于點(diǎn)D1到平面A1BD的距離,所以平面A1BD與平面B1CD1間的距離為 eq \f(\r(3),3),故C正確;因?yàn)?eq \(AP,\s\up6(―→))= eq \f(3,4) eq \(AB,\s\up6(―→))+ eq \f(1,2) eq \(AD,\s\up6(―→))+ eq \f(2,3) eq \(AA1,\s\up6(―→)),所以 eq \(AP,\s\up6(―→))= eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3,4),\f(1,2),\f(2,3))),又 eq \(AB,\s\up6(―→))=(1,0,0),則 eq \f(\(AP,\s\up6(―→))·\(AB,\s\up6(―→)),|\(AB,\s\up6(―→))|)= eq \f(3,4),所以點(diǎn)P到AB的距離d= eq \r(|\(AP,\s\up6(―→))|2-\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(\f(\(AP,\s\up6(―→))·\(AB,\s\up6(―→)),|\(AB,\s\up6(―→))|)))\s\up12(2))= eq \f(5,6),故D錯(cuò)誤.故選B、C.
2.布達(dá)佩斯的伊帕姆維澤蒂博物館收藏的達(dá)·芬奇方磚,在正六邊形上畫了具有視覺效果的正方體圖案(如圖1),把三片這樣的達(dá)·芬奇方磚形成圖2的組合,這個(gè)組合表達(dá)了圖3所示的幾何體.若圖3中每個(gè)正方體的棱長為1,則點(diǎn)A到平面QGC的距離是( )
A. eq \f(1,4) B. eq \f(1,2) C. eq \f(\r(2),2) D. eq \f(\r(3),2)
解析:選C 建立空間直角坐標(biāo)系如圖所示,則C(0,2,0),Q(1,0,2),G(0,0,2),A(1,1,0), eq \(QC,\s\up6(―→))=(-1,2,-2), eq \(QG,\s\up6(―→))=(-1,0,0), eq \(AC,\s\up6(―→))=(-1,1,0),設(shè)平面QGC的法向量為n=(x,y,z),則 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(n·\(QC,\s\up6(―→))=0,,n·\(QG,\s\up6(―→))=0,))即 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(-x+2y-2z=0,,-x=0,))令y=1,則平面QGC的一個(gè)法向量為n=(0,1,1),則點(diǎn)A到平面QGC的距離d= eq \f(|n·\(AC,\s\up6(―→))|,|n|)= eq \f(\r(2),2).故選C.
3.生活中的建筑模型多與立體幾何中的圖形有關(guān)聯(lián),既呈現(xiàn)對稱美,也具有穩(wěn)定性.已知某涼亭的頂部可視為如圖所示的正四棱錐S-ABCD,其所有棱長都為6,且AC,BD交于點(diǎn)O,點(diǎn)E在線段SC上,且CE= eq \f(1,3)SC,求△SAD的重心G到直線OE的距離.
解:以O(shè)為原點(diǎn),OA,OB,OS所在直線分別為x,y,z軸建立空間直角坐標(biāo)系,如圖所示,因?yàn)樗欣忾L都為6,所以O(shè)A=3 eq \r(2),SO= eq \r(62-(3\r(2))2)=3 eq \r(2).所以O(shè)(0,0,0),A(3 eq \r(2),0,0),D(0,-3 eq \r(2),0),S(0,0,3 eq \r(2)),C(-3 eq \r(2),0,0).因?yàn)镚為△SAD的重心,所以G( eq \r(2),- eq \r(2), eq \r(2)).設(shè)E(x,y,z),則 eq \(CE,\s\up6(―→))=(x+3 eq \r(2),y,z), eq \(CS,\s\up6(―→))=(3 eq \r(2),0,3 eq \r(2)),
因?yàn)?eq \(CE,\s\up6(―→))= eq \f(1,3) eq \(CS,\s\up6(―→)),所以 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x+3\r(2)=\r(2),,y=0,,z=\r(2)))? eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x=-2\r(2),,y=0,,z=\r(2),))即E(-2 eq \r(2),0, eq \r(2)).因?yàn)?eq \(OE,\s\up6(―→))=(-2 eq \r(2),0, eq \r(2)), eq \(OG,\s\up6(―→))=( eq \r(2),- eq \r(2), eq \r(2)),所以G到直線OE的距離d= eq \r(|\(OG,\s\up6(―→))|2-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(\(OG,\s\up6(―→))·\(OE,\s\up6(―→)),|\(OE,\s\up6(―→))|)))2)= eq \r(6-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(-4+2,\r(10))))\s\up12(2))= eq \f(2\r(35),5).
4.某市在濱海文化中心有濱??萍拣^,其建筑有鮮明的后工業(yè)風(fēng)格,如圖所示,截取其中一部分抽象出長方體和圓臺組合,在長方體ABCD-A1B1C1D1中,AB=4,AD=AA1=2,圓臺下底圓心O為AB的中點(diǎn),直徑為2,圓與直線AB交于E,F(xiàn),圓臺上底的圓心O1在A1B1上,直徑為1.
(1)求A1C與平面A1ED所成角的正弦值;
(2)圓臺上底圓周上是否存在一點(diǎn)P使得FP⊥AC1,若存在,求點(diǎn)P到直線A1B1的距離,若不存在,請說明理由.
解:(1)由長方體ABCD-A1B1C1D1可知,以D為原點(diǎn),DA為x軸,DC為y軸,DD1為z軸,建立空間直角坐標(biāo)系如圖所示,則A1(2,0,2),C(0,4,0),E(2,1,0),D(0,0,0),所以 eq \(A1C,\s\up6(―→))=(-2,4,-2), eq \(DA1,\s\up6(―→))=(2,0,2), eq \(DE,\s\up6(―→))=(2,1,0).設(shè)平面A1ED的一個(gè)法向量為n=(x,y,z),
則有 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(n·\(DA1,\s\up6(―→))=0,,n·\(DE,\s\up6(―→))=0,))即 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(2x+2z=0,,2x+y=0,))令x=1,則y=-2,z=-1,故n=(1,-2,-1),所以|cs 〈 eq \(A1C,\s\up6(―→)),n〉|= eq \f(|\(A1C,\s\up6(―→))·n|,|\(A1C,\s\up6(―→))||n|)= eq \f(|-2-8+2|,\r(4+16+4)·\r(1+4+1))= eq \f(2,3).故A1C與平面A1ED所成角的正弦值為 eq \f(2,3).
(2)由(1)可知,A(2,0,0),C1(0,4,2),所以 eq \(AC1,\s\up6(―→))=(-2,4,2).假設(shè)存在這樣的點(diǎn)P,設(shè)P(x,y,2),由題意可知(x-2)2+(y-2)2= eq \f(1,4).所以 eq \(FP,\s\up6(―→))=(x-2,y-3,2).因?yàn)镕P⊥AC1,則有 eq \(FP,\s\up6(―→))· eq \(AC1,\s\up6(―→))=-2(x-2)+4(y-3)+4=0,所以x=2y-2.又(x-2)2+(y-2)2= eq \f(1,4),所以5y2-20y+ eq \f(79,4)=0,解得 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x=2-\f(\r(5),5),y=2-\f(\r(5),10)))(舍), eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x=2+\f(\r(5),5),,y=2+\f(\r(5),10).))所以當(dāng)P eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2+\f(\r(5),5),2+\f(\r(5),10),2))時(shí),F(xiàn)P⊥AC1,此時(shí)點(diǎn)P到直線A1B1的距離為 eq \f(\r(5),5).
這是一份數(shù)學(xué)選擇性必修 第一冊1.4 空間向量的應(yīng)用同步訓(xùn)練題,共9頁。
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