高中数学空间向量与立体几何典型题压轴大题练习题带答案

第1页（共1页）高中数学空间向量与立体几何一．选择题（共25小题）1．已知平面α的法向量为＝（﹣2，﹣2，1），点A（x，3，0）在平面α内，则点P（﹣2，1，4）到平面α的距离为，则x＝（）A．﹣1 B．﹣11 C．﹣1或﹣11 D．﹣212．已知直线1的方向向量＝（﹣1，2，1），平面α的法向量＝（﹣2，4，2），则直线1与平面α的位置关系是（）A．l∥α B．l⊥α C．l⊂α D．l∈α3．已知直线方程2x﹣y+c＝0的一个方向向量可以是（）A．（2，﹣1） B．（2，1） C．（﹣1，2） D．（1，2）4．如图，在单位正方体ABCD﹣A1B1C1D1中，以D为原点，，，为坐标向量建立空间直角坐标系，则平面A1BC1的法向量是（）A．（1，1，1） B．（﹣1，1，1） C．（1，﹣1，1） D．（1，1，﹣1）5．已知空间向量，，两两相互垂直，且||＝||＝||＝||，若，则x+y+z的取值范围是（）A． B．[﹣1，1] C． D．[﹣2，2]6．已知向量分别是直线l1，l2的方向向量，若l1∥l2，则（）A．m＝8，n＝28 B．m＝4，m＝28 C． D．7．若向量＝（x，﹣4，﹣5），＝（1，﹣2，2），且与的夹角的余弦值为，则实数x的值为（）A．﹣3 B．11 C．3 D．﹣3或118．已知＝（2，﹣1，4），＝（﹣1，1，﹣2），＝（7，5，m），若，，共面，则实数m的值为（）A． B．14 C．12 D．9．与向量＝（﹣1，﹣2，2）共线的单位向量是（）A．（﹣，﹣，）和（，，﹣） B．（﹣，﹣，） C．（，，﹣） D．（﹣，﹣，﹣）或（，，﹣）10．已知O（0，0，0），A（3，﹣2，4），B（0，5，﹣1），若＝，则C的坐标是（）A．（2，﹣，）B．（﹣2，，﹣） C．（2，﹣，﹣）D．（﹣2，﹣，）11．若直线l的方向向量为（2，1，m），平面α的法向量为（1，，2），且l⊥α，则m＝（）A．2 B．3 C．4 D．512．若A（m+1，n﹣1，3），B（2m，n，m﹣2n），C（m+3，n﹣3，9）三点共线，则m+n的值为（）A．0 B．﹣1 C．1 D．﹣213．若向量，，则＝（）A． B． C．3 D．14．已知向量＝（﹣1，0，1），＝（1，1，﹣1），且+k与互相垂直，则k＝（）A．1 B． C．﹣1 D．﹣15．已知向量＝（2，1，﹣3），＝（1，﹣1，2），则+2＝（）A．3 B．（4，﹣1，1） C．（5，1，﹣4） D．16．已知三棱锥A﹣BCD中，E是BC的中点，则﹣（+）＝（）A． B． C． D．17．在空间直角坐标系中，若A（1，1，0），＝（3，0，1），则点B的坐标为（）A．（﹣5，1，﹣2） B．（7，1，﹣2） C．（3，0，1） D．（7，1，2）18．正方体ABCD﹣A1B1C1D1中，＝（）A． B． C． D．19．已知向量及则等于（）A．（﹣3，1，﹣2） B．（5，5，﹣2） C．（3，﹣1，2） D．（﹣5，﹣5，2）20．已知向量，，．若，则x的值为（）A．﹣2 B．2 C．3 D．﹣321．设x，y∈R，向量＝（x，1，1），＝（1，y，1），＝（2，﹣4，2），且⊥，∥，则|+|＝（）A． B． C．3 D．422．若向量＝（2，﹣3，1）和＝（1，x，4）满足条件•＝0，则x的值是（）A．﹣1 B．0 C．1 D．223．空间点A（x，y，z），O（0，0，0），，若|AO|＝1，则|AB|的最小值为（）A．1 B．2 C．3 D．424．已知MN是正方体内切球的一条直径，点P在正方体表面上运动，正方体的棱长是2，则的取值范围为（）A．[0，4] B．[0，2] C．[1，4] D．[1，2]25．在下列条件中，使M与A，B，C一定共面的是（）A．＝﹣﹣ B．＝++ C．++＝ D．+++＝二．填空题（共5小题）26．若，且，则实数λ＝．27．点P是棱长为4的正四面体表面上的动点，MN是该四面体内切球的一条直径，则的最大值是．28．若向量＝（x，﹣1，1）与＝（3，1，﹣2）的夹角为钝角，则实数x的取值范围为．29．已知＝（﹣2，1，3），＝（3，﹣4，2），＝（7，λ，5），若，，共面，则实数λ＝．30．若向量＝（7，λ，8），＝（1，﹣1，2），＝（2，3，1），且，，共面，则λ＝．三．解答题（共10小题）31．棱长为2的正方体中，E，F分别是DD1，DB的中点，G在棱CD上，且CG＝CD，H是C1G的中点．（1）证明：EF⊥B1C．（2）求cos＜＞．（3）求FH的长．32．设点E，F分别是棱长为2的正方体ABCD﹣A1B1C1D1的棱BC，BB1的中点．如图，以D为坐标原点，，，为x轴、y轴、z轴正方向，建立空间直角坐标系．（I）求；（II）若点M，N分别是线段A1E与线段D1F上的点，问是否存在直线MN，使得MN⊥平面ABCD？若存在，求点M，N的坐标；若不存在，请说明理由．33．已知空间向量＝（a1，a2，a3），＝（b1，b2，b3），定义两个空间向量与之间的距离为d（，）＝|bi﹣ai|．（1）若＝（1，2，3），＝（4，1，1），＝（，，0），证明：d（，）+d（，）＝d（，）（2）已知＝（c1，c2，c3）①证明：若∃λ＞0，使﹣＝λ（﹣），则d（，）+d（，）＝d（，）．②若d（，）+d（，）＝d（，），是否一定∃λ＞0，使﹣＝λ（﹣）？请说明理由．34．如图四棱锥P﹣ABCD中，底面ABCD是平行四边形，PG⊥平面ABCD，垂足为G，G在AD上且AG＝GD，BG⊥GC，GB＝GC＝2，E是BC的中点，四面体P﹣BCG的体积为．（1）求过点P，C，B，G四点的球的表面积；（2）求直线DP到平面PBG所成角的正弦值；（3）在棱PC上是否存在一点F，使DF⊥GC，若存在，确定点F的位置，若不存在，说明理由．35．如图，三棱柱ABC﹣A1B1C1中，M，Q分别是BB1，BC1中点，点P在线段C1M上，且，（1）用向量表示向量；（2）用向量表示向量；（3）若AP与平面A1BC交于，求出y关于x的函数关系式．36．如图，在直三棱柱A1B1C1﹣ABC中，AB⊥AC，AB＝AC＝2，AA1＝4，点D是BC的中点．（1）求异面直线A1B与C1D所成角的余弦值；（2）求平面ADC1与平面A1BA所成的锐二面角（是指不超过90°的角）的余弦值．37．如图，正三棱柱ABC﹣A1B1C1中，底面边长为．（1）设侧棱长为1，求证：AB1⊥BC1；（2）设AB1与BC1的夹角为，求侧棱的长．38．如图1，在Rt△ABC中，∠C＝90°，BC＝AC＝4，D，E分别是AC，AB边上的中点，将△ADE沿DE折起到△A1DE的位置，使A1C＝A1D，如图2．（Ⅰ）求证：DE⊥A1C；（Ⅱ）求点C到平面A1BE的距离．39．已知四棱锥S﹣ABCD中，四边形ABCD是菱形，且∠ABC＝120°，△SBC为等边三角形，平面SBC⊥平面ABCD．（Ⅰ）求证：BC⊥SD；（Ⅱ）若点E是线段SA上靠近S的三等分点，求直线DE与平面SAB所成角的正弦值．40．（1）用符号表示下来语句，并画出同时满足这四个语句的一个几何图形：①直线l在平面α内；②直线m不在平面α内；③直线m与平面α交于点A；④直线l不经过点A．（2）如图，在长方体ABCD﹣A1B1C1D1中，E为棱BB1的中点，F为棱CC1的三等分点，画出由D1，E，F三点所确定的平面β与平面ABCD的交线．（保留作图痕迹）

参考答案与试题解析一．选择题（共25小题）1．【解答】解：＝（﹣2﹣x，﹣2，4），||＝＝，||＝＝3，＝﹣2（﹣2﹣x）+4+4＝2x+12，∴cos＜＞＝＝，设AP与平面α所成角为θ，则sinθ＝，∴P到平面α的距离为|AP|•sinθ＝＝，解得x＝﹣1或x＝﹣11．故选：C．2．【解答】解：∵直线1的方向向量＝（﹣1，2，1），平面α的法向量＝（﹣2，4，2），∴＝2∴则与共线，可得：l⊥a．故选：B．3．【解答】解：依题意，（2，﹣1）为直线的一个法向量，∴方向向量为（1，2），故选：D．4．【解答】解：在单位正方体ABCD﹣A1B1C1D1中，以D为原点，，，为坐标向量建立空间直角坐标系，A1（1，0，1），B（1，1，0），C1（0，1，1），＝（0，1，﹣1），＝（﹣1，0，1），设平面A1BC1的法向量是＝（x，y，z），则，取x＝1，得＝（1，1，1），∴平面A1BC1的法向量是（1，1，1）．故选：A．5．【解答】解：设||＝||＝||＝||＝r，∵，，两两相互垂直，∴＝＝，∵，∴＝（x+y+z）2＝x2+y2+z2，∴1＝x2+y2+z2，∴（x+y+z）2＝x2+y2+z2+2xy+2xz+2yz≤3（x2+y2+z2）＝3，当且仅当x＝y＝z＝±时“＝”成立，∴﹣≤x+y+z≤，故选：C．6．【解答】解：∵l1∥l2，∴存在实数使得＝k，∴，解得：m＝8，n＝．故选：C．7．【解答】解：∵向量＝（x，﹣4，﹣5），＝（1，﹣2，2），∴||＝＝，||＝＝3；•＝x+8﹣10＝x﹣2，且与的夹角余弦值为﹣，∴•3•（﹣）＝x﹣2；整理得x2﹣8x﹣33＝0，解得x＝﹣3或x＝11（不合题意，舍去）；∴x的值为﹣3．故选：A．8．【解答】解：∵＝（2，﹣1，4），＝（﹣1，1，﹣2），∴与不平行，又∵，，三向量共面，则存在实数x，y使＝x+y，即（2x﹣y，﹣x+y，4x﹣2y）＝（7，5，m）即，解得：m＝14，故选：B．9．【解答】解：∵向量＝（﹣1，﹣2，2）的模为||＝＝3，故与向量＝（﹣1，﹣2，2）共线的单位向量是±，即＝（﹣，﹣，）或﹣＝（，，﹣）．故选：A．10．【解答】解：设点C坐标为（x，y，z），则＝（x，y，z）．又＝（﹣3，7，﹣5），＝，∴x＝﹣2，y＝，z＝﹣．则C的坐标是（﹣2，，﹣）．故选：B．11．【解答】解：∵直线l的方向向量为（2，1，m），平面α的法向量为（1，，2），且l⊥α，∴l的方向向量为（2，1，m）与平面α的法向量为（1，，2）平行，∴（2，1，m）＝λ（1，，2）．∴，解得m＝4．故选：C．12．【解答】解：因为＝（m﹣1，1，m﹣2n﹣3），＝（2，﹣2，6），由题意，得∥，所以＝＝，所以m＝0，n＝0，所以m+n＝0．故选：A．13．【解答】解：∵向量，，∴2+＝（4，﹣1，1），∴＝＝3．故选：D．14．【解答】解：∵向量＝（﹣1，0，1），＝（1，1，﹣1），∴+k＝（﹣1+k，k，1﹣k），∵+k与互相垂直，∴（）•＝﹣1+k+k﹣1+k＝0，解得k＝．故选：B．15．【解答】解：．故选：B．16．【解答】解：如图，取CD中点F，连结AF，EF，∵三棱锥A﹣BCD中，E是BC的中点，∴﹣（+）＝﹣＝＝．故选：D．17．【解答】解：在空间直角坐标系中，A（1，1，0），＝（3，0，1），设点B的坐标为B（x，y，z），则＝（x﹣1，y﹣1，z﹣0）＝（3，0，1），解得x＝7，y＝1，z＝2．∴点B的坐标为（7，1，2）．故选：D．18．【解答】解：由题意可得＝＝．故选：D．19．【解答】解：由向量，，所以＝（﹣3，1，﹣2）．故选：A．20．【解答】解：因为向量，，，所以﹣＝（﹣2，3，1）；又，所以•（﹣）＝0，即﹣2×（﹣2）+3x+2×1＝0，解得x＝﹣2．故选：A．21．【解答】解：设x，y∈R，向量＝（x，1，1），＝（1，y，1），＝（2，﹣4，2），且⊥，∥，∴，解得x＝1，y＝﹣2，∴＝（1，1，1）+（1，﹣2，1）＝（2，﹣1，2），∴|+|＝．故选：C．22．【解答】解：因为＝（2，﹣3，1）和＝（1，x，4）满足条件＝0，即2﹣3x+4＝0⇒x＝2；故选：D．23．【解答】解：∵空间点A（x，y，z），O（0，0，0），，|AO|＝1，∴A是以O为球心，1为半径的球上的点，∵，∴|OB|＝＝3．∴|AB|的最小值为：|OB|﹣||OA|＝3﹣1＝2．故选：B．24．【解答】解：以D1为坐标原点，以D1A1，D1C1，D1D所在直线为x轴，y轴，z轴，建立空间直角坐标系，如图所示；设正方体内切球球心为S，MN是该内切球的任意一条直径，则内切球的半径为1，所以•＝（+）•（+）＝（+）•（﹣）＝﹣1∈[0，2]．所以的取值范围是[0，2]．故选：B．25．【解答】解：在C中，由++＝，得＝﹣﹣，则、、为共面向量，即M、A、B、C四点共面；对于A，由＝﹣﹣，得1﹣1﹣1＝﹣1≠1，不能得出M、A、B、C四点共面；对于B，由＝++，得++≠1，所以M、A、B、C四点不共面；对于D，由+++＝，得＝﹣（++），其系数和不为1，所以M、A、B、C四点不共面．故选：C．二．填空题（共5小题）26．【解答】解：∵，∴+λ＝（2+6λ，﹣1﹣3λ，2+2λ），由，得：2（2+6λ）+（1+3λ）+2（2+2λ）＝0，解得：λ＝﹣，故答案为：﹣．27．【解答】解：设点O是此正方体的内切球的球心，半径R＝1．∵•≤||||，∴当点P，M，N三点共线时，•取得最大值．当且仅当点P为正四面体的一个顶点时上式取得最大值，∴（•）max＝×＝，故答案为：．28．【解答】解：向量＝（x，﹣1，1）与＝（3，1，﹣2），因为与夹角为钝角，所以，且cos＜，＞≠﹣1，解得x＜1，所以x的取值范围为（﹣∞，1）．故答案为：（﹣∞，1）．29．【解答】解：由＝（﹣2，1，3），＝（3，﹣4，2），＝（7，λ，5），且，，共面，所以存在实数m，n，使得，即（7，λ，5）＝m（﹣2，1，3）+n（3，﹣4，2），列方程组，得，解得，；所以．故答案为：．30．【解答】解：向量＝（7，λ，8），＝（1，﹣1，2），＝（2，3，1），且，，共面，所以存在两个实数x、y使得＝x+y；即，解得；所以λ＝3．故答案为：3．三．解答题（共10小题）31．【解答】解：以D为坐标原点，建立空间直角坐标系D﹣xyz，如图所示；则E（0，0，1），F（1，1，0），B1（2，2，2），C（0，2，0），C1（0，2，2）；（1）∵＝（1，1，﹣1），＝（﹣2，0，﹣2），∴•＝1×（﹣2）+1×0﹣1×（﹣2）＝0，∴⊥，∴EF⊥B1C；（2）由CG＝CD知，C（0，2，0），∴G（0，，0），∴＝（0，﹣，﹣2），∴•＝1×0+1×（﹣）﹣1×（﹣2）＝，||＝，||＝＝，∴cos＜，＞＝＝＝；（3）∵H为C1G的中点，∴H（0，，1），F（1，1，0），∴＝（﹣1，，1），∴||＝＝，即FH的长为．32．【解答】解：（Ⅰ）在给定空间直角坐标系中，相关点及向量坐标为A1（2，0，2），E（1，2，0），D1（0，0，2），F（2，2，1），＝（﹣1，2，﹣2），＝（2，2，﹣1），…（2分）所以；…（4分）（Ⅱ）存在唯一直线MN，使MN⊥平面ABCD；设M（x1，y1，z1），N（x2，y2，z2），且，；则（x1﹣2，y1，z1﹣2）＝λ（﹣1，2，﹣2），（x2，y2，z2﹣2）＝t（2，2，﹣1），所以M（2﹣λ，2λ，2﹣2λ），N（2t，2t，2﹣t），故，…（8分）若MN⊥平面ABCD，则与平面ABCD的法向量＝（0，0，1）平行，所以，解得；所以点M，N的坐标分别是（，，），（，，）．…（12分）33．【解答】证明：（1）∵，，，∴，，，∴．（2）①∵∃λ＞0，使，∴∃λ＞0，使得（b1﹣a1，b2﹣a2，b3﹣a3）＝λ（c1﹣b1，c2﹣b2，c3﹣b3），即∃λ＞0，使得bi﹣ai＝λ（ci﹣bi），其中i＝1，2，3，∴bi﹣ai与ci﹣bi（i＝1，2，3）同为非负数或同为负数．∴，即．②不一定∃λ＞0，使得．反例如下：取，，，，，，则∵，，∴不存在λ＞0，使得．34．【解答】解：（1）由四面体P﹣BCG的体积为．∴PG＝4以GP，GB，GC构造长方体，外接球的直径为长方体的体对角线．∴（2R）2＝16+4+4，∴∴V＝4π×6＝24π．（2）由GB＝GC＝2∴△BGC为等腰三角形，GE为∠BGC的角平分线，作DK⊥BG交BG的延长线于K，∴DK⊥面BPG．由平面几何知识可知：，设直线DP与平面PBG所成角为α∴．（3）∵GB，GC，GP两两垂直，分别以GB，GC，GP为x，y，z轴建立坐标系假设F存在且设F（0，y，4﹣2y）（0＜y＜2）∵∴，又直线DF与GC所成的角为900∴∴∴当时满足条件．35．【解答】解：（1）∵，，∴＝．（2）∵，又＝，∴＝＝＝+．（3）由空间向量的基本定理可设，∵四点A1、B、C、N共面，∴k+m+n＝1．∵，∴＝，∴，利用k+m+n＝1，可得，化为即为所求的关系式．36．【解答】解：（1）以{，，}为单位正交基底建立空间直角坐标系A﹣xyz，则由题意知A（0，0，0），B（2，0，0），C（0，2，0），A1（0，0，4），D（1，1，0），C1（0，2，4），∴＝（2，0，﹣4），＝（1，﹣1，﹣4），∴cos＜，＞＝＝＝，∴异面直线A1B与C1D所成角的余弦值为．（2）是平面ABA1的一个法向量，设平面ADC1的法向量为，∵，∴，取z＝1，得y＝﹣2，x＝2，∴平面ADC1的法向量为＝（2，﹣2，1），设平面ADC1与ABA1所成二面角为θ，∴cosθ＝|cos＜，＞|＝||＝，∴平面ADC1与ABA1所成二面角的余弦值为：．37．【解答】证明：（1）＝+，＝+．因为BB1⊥平面ABC，所以•＝0，•＝0．又△ABC为正三角形，所以＜，＞＝π﹣＜，＞＝π﹣＝．因为•＝（+）•（+）＝•+•++•＝||•||•cos＜，＞+＝﹣1+1＝0，所以AB1⊥BC1．解：（2）由（1）知•＝||•||•cos＜，＞+＝﹣1．又||＝＝＝||，所以cos＜，＞＝＝，所以||＝2，即侧棱长为2．38．【解答】（Ⅰ）证明：