一、單項(xiàng)選擇題:(本題共8小題,每小題5分,共40分.在每個(gè)小題紿岀的四個(gè)選項(xiàng)中,只有一項(xiàng)是符合題目要求的.)
1. 已知點(diǎn)是法向量為的平面內(nèi)的一點(diǎn),則下列各點(diǎn)中,不在平面內(nèi)的是( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
【分析】根據(jù)平面內(nèi)的點(diǎn)與點(diǎn)構(gòu)成的向量與垂直來逐一判斷.
【詳解】假設(shè)選項(xiàng)中的點(diǎn)為點(diǎn),
對于A:,此時(shí),點(diǎn)在平面內(nèi);
對于B:,此時(shí),點(diǎn)不在平面內(nèi);
對于C:,此時(shí),點(diǎn)在平面內(nèi);
對于D:,此時(shí),點(diǎn)在平面內(nèi);
故選:B.
2. 若構(gòu)成空間的一個(gè)基底,則下列向量共面的是( )
A. ,,B. ,,C. ,,D. ,,
【答案】D
【解析】
【分析】由題意可知不共面,由此分別判斷各選項(xiàng)中的向量是否共面,即得答案.
【詳解】由于構(gòu)成空間的一個(gè)基底,故不共面,
對于A,與共面,不共面,故,,不共面,
否則,若,,共面,則共面,不符題意,A錯(cuò)誤;
對于B,假設(shè),,共面,則存在實(shí)數(shù),使得,
即,則,方程組無解,
假設(shè)不成立,故,,不共面,B錯(cuò)誤;
對于C,,與共面,由于不共面,
故,與不共面,C錯(cuò)誤;
對于D,,故,,共面,
故選:D
3. 已知直線是正方體體對角線所在直線,為其對應(yīng)棱的中點(diǎn),則下列正方體的圖形中滿足平面的是( )
A. (1)(2)B. (1)(3)
C. (1)(4)D. (2)(4)
【答案】B
【解析】
【分析】建立空間直角坐標(biāo)系,利用向量法來判斷出正確答案.
【詳解】設(shè)正方體的邊長為2,
對于圖(1),建立如圖所示的空間直角坐標(biāo)系,
則,,,直線的方向向量為,
,,
因?yàn)?,?br>所以,,,平面,
所以平面,故圖(1)正確;
對于圖(2),建立如圖所示的空間直角坐標(biāo)系,
則,,,直線的方向向量為,
則,因?yàn)椋耘c不垂直,
所以與平面不垂直,故圖(2)錯(cuò)誤;
對于圖(3),建立如圖所示的空間直角坐標(biāo)系,
則,,,,,
直線的方向向量為,因?yàn)?,?br>所以,,,平面,
所以平面,故圖(3)正確;
對于圖(4),建立如圖所示的空間直角坐標(biāo)系,
則,,,,
直線的方向向量為,因?yàn)椋?br>所以與不垂直,所以與平面不垂直,故圖(4)正確.
綜上,正確的有圖(1)(3).
故選:B.
4. 如圖1,在四面體中,點(diǎn)分別為線段的中點(diǎn),若,則的值為( )

A. B. C. D. 1
【答案】A
【解析】
【分析】根據(jù)給定的幾何體,利用空間向量的基底表示,再借助空間向量基本定理求解即得.
【詳解】在四面體中,由分別為線段的中點(diǎn),
得,
而,由空間向量基本定理得:,
所以.
故選:A
5. 在正方體中,E為中點(diǎn),,使得,則( )
A. B. C. 1D.
【答案】C
【解析】
【分析】正方體中存在三條互相垂直的直線,故我們可以建立空間直角坐標(biāo)系進(jìn)行計(jì)算.
【詳解】
如圖建系,設(shè)棱長為6,則
,解之:
故選:C
6. 如圖,在平行四邊形中,,現(xiàn)將沿對角線折起,使與成角,則之間的距離的平方為( )
A. B. 或C. 2D. 2或
【答案】B
【解析】
【分析】確定,,或,利用計(jì)算得到答案.
【詳解】,故,則,,
與成角,故或.
當(dāng)時(shí):
,故;
當(dāng)時(shí):
,.
綜上所述:之間距離的平方為或.
故選:B
7. 在長方體中,,,,,分別是棱,,的中點(diǎn),是平面內(nèi)一動點(diǎn),若直線與平面平行,則的最小值為( )
A. B. 9C. D.
【答案】C
【解析】
【分析】建立空間直角坐標(biāo)系,利用向量法求得正確答案.
【詳解】如圖,分別以、、方向、、軸建立空間直角坐標(biāo)系可得:
,,,,,,
,,,
設(shè)平面的法向量,則,得,
故可設(shè),,,即.
由于直線與平面平行,則,
得:,即:,,.

,
可知,由于,當(dāng)時(shí),取得最小值,最小值為.
故選:C
8. 在棱長為正方體中,點(diǎn)是的中點(diǎn).設(shè)在上的投影向量為,則( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
【分析】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,利用空間向量數(shù)量積的坐標(biāo)運(yùn)算結(jié)合投影向量的定義可求得的值.
【詳解】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、、、,
,,
由題意可知,,
所以,.
故選:C.
二、多項(xiàng)選擇題:(本題共3小題,每小題6分,共18分.在每小題給出的選項(xiàng)中,有多頂符合題目要求.全部選對的得6分,有選錯(cuò)的得0分,若只有2個(gè)正確選頂,每選對一個(gè)得3分;若只有3個(gè)正確選項(xiàng),每選對一個(gè)得2分)
9. 在空間直角坐標(biāo)系中,已知向量,,則下列結(jié)論正確的是( )
A. 向量關(guān)于平面的對稱向量的坐標(biāo)為
B. 若,則
C. 若,則
D. 若且,則,
【答案】AC
【解析】
【分析】根據(jù)向量的對稱可判斷A;根據(jù)空間向量垂直的坐標(biāo)表示可判斷B; 根據(jù)空間向量模長的坐標(biāo)表示可判斷C;結(jié)合題意聯(lián)立,,計(jì)算即可判斷D.
【詳解】對于選項(xiàng)A:根據(jù)題意可知向量關(guān)于平面的對稱向量的坐標(biāo)為,故A正確;
對于選項(xiàng)B:若,則,即,故B錯(cuò)誤;
對于選項(xiàng)C:若,則,故C正確;
對于選項(xiàng)D:若且,或,故D錯(cuò)誤.
故選:AC.
10. 如圖,在棱長為2的正方體中,,分別是棱,的中點(diǎn),則下列說法正確的是( )

A. ,,,四點(diǎn)共面B.
C. 直線與所成角的余弦值為D. 點(diǎn)到直線的距離為1
【答案】BD
【解析】
【分析】根據(jù)直線的位置關(guān)系可判斷A;建立空間直角坐標(biāo)系,利用空間位置關(guān)系的向量證明方法可判斷B;根據(jù)空間角的向量求法可判斷C;根據(jù)空間距離的向量求法可判讀D.
【詳解】對于A,連接,則平面,平面,
平面平面,故不相交;
又,,平面,
故不平行,否則重合,不合題意,
即為異面直線,故,,,四點(diǎn)不共面,A錯(cuò)誤;
對于B,以D為坐標(biāo)原點(diǎn),所在直線為軸,建立空間直角坐標(biāo)系,

則,則,
則,即,故,B正確;
對于C,,則,
故,
而直線與所成角的范圍為,故直線與所成角的余弦值為,C錯(cuò)誤;
對于D,,
則點(diǎn)到直線的距離為,D正確,
故選:BD
11. 如圖,在棱長為6的正方體中,是棱的中點(diǎn),點(diǎn)是線段上的動點(diǎn),點(diǎn)在正方形內(nèi)(含邊界)運(yùn)動,則下列四個(gè)結(jié)論中正確的有( )
A. 存在點(diǎn),使得
B. 存在點(diǎn),使得
C. 面積的最小值是
D. 若,則三棱錐體積的最大值是
【答案】BCD
【解析】
【分析】利用線面垂直推理判斷A;建立空間直角坐標(biāo)系,利用空間向量計(jì)算判斷BC;求出點(diǎn)的軌跡求解判斷D.
【詳解】對于A,假定存在點(diǎn),使得,連接,由平面,平面,

得,而平面,
于是平面,又平面,因此,
而點(diǎn)在正方形內(nèi)(含邊界)運(yùn)動,顯然不存在這樣的點(diǎn),A錯(cuò)誤;
對于BC,建立如圖所示的空間直角坐標(biāo)系,則,

令,則,
,假定存在點(diǎn),使得,
則,整理得,而,
解得,因此存在點(diǎn),使得,B正確;
顯然點(diǎn)在直線上的投影為點(diǎn),
則點(diǎn)到直線的距離,
當(dāng)且僅當(dāng)時(shí)取等號,因此面積的最小值是,C正確;
在中,,則,即,
在平面內(nèi)以直線為軸,線段的中垂線為軸建立平面直角坐標(biāo)系,如圖,

有,于是,整理得,
因此以點(diǎn)為圓心,4為半徑的圓在正方形及內(nèi)部的圓弧即為點(diǎn)的軌跡,
當(dāng)點(diǎn)為線段與圓的交點(diǎn)時(shí),點(diǎn)到底面的距離最大,最大距離為,
所以三棱錐體積的最大值為,D正確.
故選:BCD
三、填空題:(本題共3小題,每小題5分,共計(jì)15分.)最值
12. 已知點(diǎn)(3,1,3),B(1,5,0),則線段AB的長度為______.
【答案】
【解析】
【分析】根據(jù)空間兩點(diǎn)間的距離公式直接求解即可.
【詳解】由已知得:.
所以線段的長度為.
故答案為:.
13. 如圖,在棱長為4的正方體中, E為棱BC的中點(diǎn),P是底面ABCD內(nèi)的一點(diǎn)(包含邊界),且,則線段的長度的取值范圍是______.
【答案】
【解析】
【分析】首先利用向量垂直的坐標(biāo)表示,求得點(diǎn)的軌跡方程,再代入兩點(diǎn)間的距離公式,求線段長度的取值范圍.
【詳解】以D為原點(diǎn),以DA,DC,所在的直線分別為x軸,y軸,z軸,建立空間直角坐標(biāo)系,
如圖所示,則,,
設(shè),則,
,又,所以,
即,則.
當(dāng)時(shí),,設(shè),所以點(diǎn)P在底面ABCD內(nèi)的軌跡為一條線段AF,
所以,,
,
當(dāng)時(shí),,當(dāng)時(shí),,
所以線段的長度的取值范圍是.
故答案為:
14. 如圖,在三棱錐中,,,平面平面,當(dāng)三棱錐的體積取最大值時(shí),與所成角的余弦值為________.

【答案】##
【解析】
【分析】根據(jù)題意,得到,時(shí),三棱錐的體積最大,取的中點(diǎn)為,以為坐標(biāo)原點(diǎn),建立空間直角坐標(biāo)系,求得向量,,結(jié)合向量的夾角公式,即可求解.
【詳解】設(shè)點(diǎn)到平面的距離為,點(diǎn)到平面的距離為,
在三棱錐中,平面平面,
所以,
又因?yàn)椋?br>考慮圓的一條弦對的圓周角相等,當(dāng)兩邊相等時(shí)頂點(diǎn)到底邊距離最大,
可得,當(dāng),時(shí),三棱錐的體積最大,
此時(shí),與是等邊三角形,
取的中點(diǎn)為,連接,,則,
又由平面平面,根據(jù)面面垂直的性質(zhì),可得,,兩兩互相垂直,
以為坐標(biāo)原點(diǎn),,,所在直線分別為軸,建立空間直角坐標(biāo)系,
如圖所示,因?yàn)?,則,,,,
可得,,
所以;
所以異面與所成角的余弦值為.
故答案為:

四、解答題:(本題共5小題,共計(jì)77分.解答時(shí)應(yīng)寫出文字說明、證明過程或演算步驟.)
15. 已知空間三點(diǎn),設(shè).
(1)若,,求;
(2)求與夾角的余弦值;
(3)若與互相垂直,求k.
【答案】(1)或
(2)
(3)或
【解析】
【分析】(1)根據(jù)向量共線設(shè)出向量的坐標(biāo),由模長公式列出方程,求解即可;
(2)利用向量的坐標(biāo)公式和向量的夾角公式即可得出;
(3)根據(jù)向量垂直時(shí)數(shù)量積為0,結(jié)合向量的平方即為模的平方,計(jì)算即可得到k.
【小問1詳解】
因?yàn)椋?br>所以,又因?yàn)椋?br>所以,又因?yàn)椋?br>所以,
因此或;
【小問2詳解】
因?yàn)?br>所以與的夾角的余弦值為;
【小問3詳解】
因?yàn)榕c互相垂直,
所以
或.
16. 已知,四棱錐,底面是正方形,M為棱的中點(diǎn),平面平面.
(1)求證:平面;
(2)求平面與平面夾角的余弦值.
【答案】(1)證明見解析
(2).
【解析】
【分析】(1)由面面垂直得到線面垂直;
(2)建立空間直角坐標(biāo)系,得到平面的法向量,從而求出面面角的余弦值.
【小問1詳解】
∵平面平面,平面平面平面,
平面.
【小問2詳解】
由題意和(1)知,兩兩垂直,以A為原點(diǎn),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.
所以.
易知平面的一個(gè)法向量為.
設(shè)平面的法向量為,
則,
令,得,則.
設(shè)平面與平面的夾角為,
則,
所以平面與平面的夾角的余弦值為.
17. 從①AB⊥BC;②直線SC與平面ABCD所成的角為60°;③△ACD為銳角三角形且三棱錐S﹣ACD的體積為2這三個(gè)條件中任選一個(gè),補(bǔ)充在下面的問題中,并完成解答.
如圖,在四棱錐S﹣ABCD中,底面ABCD是菱形,SA⊥平面ABCD,E,F(xiàn)分別為AB,SC的中點(diǎn).
(1)求證:直線EF∥平面SAD;
(2)若,AD=2,_______,求平面SBC與平面SCD所成銳二面角的余弦值.
【答案】(1)證明見解析;
(2)答案不唯一,具體見解析.
【解析】
【分析】(1)取SD的中點(diǎn)M,連接MF,AM,結(jié)合中位線與菱形的性質(zhì),可證四邊形AEFM為平行四邊形,從而有EF∥AM,再由線面平行的判定定理,得證;
(2)建立空間直角坐標(biāo)系,利用空間向量夾角公式進(jìn)行求解即可.
【小問1詳解】
取SD的中點(diǎn)M,連接MF,AM,
∵F為SC的中點(diǎn)
∴MF∥CD,MF=CD,
∵四邊形ABCD是菱形,E為AB的中點(diǎn),
∴AE∥CD,AE=CD,
∴MF∥AE,MF=AE,
∴四邊形AEFM為平行四邊形,
∴EF∥AM,
∵EF?平面SAD,AM?平面SAD,
∴EF∥平面SAD.
【小問2詳解】
選擇條件①:
∵SA⊥平面ABCD,
∴SA⊥AB,SA⊥AD,因?yàn)椋?br>所以AB⊥AD,
故以A為原點(diǎn),AB,AD,AS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,
A(0,0,0),B(2,0,0),C(2,2,0),D(0,2,0),S(0,0,),
∴=(0,2,0),=(2,2,﹣2),=(﹣2,0,0),
設(shè)平面SBC的法向量為,
,
同理可得,平面SCD的法向量為,

故平面SBC與平面SCD所成銳二面角的余弦值為.
選擇條件②:
連接AC,
∵SA⊥平面ABCD,
∴∠SCA為直線SC與平面ABCD所成的角,即∠SCA=60°,
∵,∴AC=2,
∴△ABC為等邊三角形,
取BC的中點(diǎn)N,連接AN,
以A為原點(diǎn),AN,AD,AS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,
A(0,0,0),B(,﹣1,0),C(,1,0),D(0,2,0),S(0,0,),
∴=(0,2,0),=(,1,﹣2),=(﹣,1,0),
設(shè)平面SBC的法向量為,
,
同理可得,平面SCD的法向量為,
故平面SBC與平面SCD所成銳二面角的余弦值為.
選擇條件③:
∵VS﹣ACD=SA?S△ACD=SA?=×=2,
∴sin∠ADC=,
∵∠ADC∈(0,),∴∠ADC=,
∴AC=2,
∴△ABC為等邊三角形,
取BC的中點(diǎn)N,連接AN,
以A為原點(diǎn),AN,AD,AS所在直線分別為x、y、z軸建立如圖所示空間直角坐標(biāo)系,
A(0,0,0),B(,﹣1,0),C(,1,0),D(0,2,0),S(0,0,),
∴=(0,2,0),=(,1,﹣2),=(﹣,1,0),
設(shè)平面SBC的法向量為,
,
同理可得,平面SCD的法向量為,
故平面SBC與平面SCD所成銳二面角的余弦值為.
18. 如圖,四邊形是圓柱的軸截面,點(diǎn)在底面圓上,,點(diǎn)是線段的中點(diǎn)

(1)證明:平面;
(2)若直線與圓柱底面所成角為,求點(diǎn)到平面的距離.
【答案】(1)證明見解析
(2)
【解析】
【分析】(1)取中點(diǎn)為,通過證明,得證平面;
(2)以為原點(diǎn)建立空間直角坐標(biāo)系,利用向量法求點(diǎn)到平面的距離.
【小問1詳解】
證明:取中點(diǎn),連接,如圖所示,

為中點(diǎn),則,又,得,
由,,得,
所以四邊形為平行四邊形,,
又平面,平面,所以平面.
【小問2詳解】
,易知,又,得.
由平面,且直線與圓柱底面所成角為,即,則有.
如圖,以為原點(diǎn),分別為軸,過垂直于底面的直線為軸,建立空間直角坐標(biāo)系,

則有,,
,
設(shè)平面的一個(gè)法向量為,則,
令,有,得,
,
設(shè)點(diǎn)到平面的距離為,
.
19. 已知平行四邊形如圖甲,,,沿將折起,使點(diǎn)到達(dá)點(diǎn)位置,且,連接得三棱錐,如圖乙.
(1)證明:平面平面;
(2)在線段上是否存在點(diǎn),使二面角的余弦值為,若存在,求出的值,若不存在,請說明理由.
【答案】(1)證明見解析
(2)存在,且
【解析】
【分析】(1)推導(dǎo)出,證明出平面,可得出, 利用線面垂直和面面垂直的判定定理可證得結(jié)論成立;
(2)以點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn),、、的方向分別為、、軸的正方向建立空間直角坐標(biāo)系,設(shè),其中,利用空間向量法可得出關(guān)于的等式,結(jié)合求出的值,即可得出結(jié)論.
【小問1詳解】
證明:翻折前,因?yàn)樗倪呅螢槠叫兴倪呅?,,則,
因?yàn)?,則,,
由余弦定理可得,
所以,,則,同理可證,
翻折后,則有,,
因?yàn)?,,、平面?br>所以,平面,
因?yàn)槠矫?,則,
因?yàn)椋?、平面,所以,平面?br>因?yàn)槠矫?,故平面平?
【小問2詳解】
解:因?yàn)槠矫妫?,以點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn),
、、的方向分別為、、軸的正方向建立如下圖所示的空間直角坐標(biāo)系,
則、、、,
設(shè),其中,
則,,
設(shè)平面的法向量為,
則,取,則,,
所以,,
易知平面的一個(gè)法向量為,
則,整理可得,
因?yàn)?,解得?br>因此,線段上存在點(diǎn),使二面角的余弦值為,且.

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2020-2021學(xué)年江蘇省徐州市銅山區(qū)高二(上)期中數(shù)學(xué)試卷

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