格物学 第一章 空间向量与立体几何1.4 空间向量的应用

用空间向量研究距离、夹角问题-1.4 空间向量的应用知识点教师选题基础自测题答案-甘肃省等高一数学选择必修,平均正确率64.0%

2025-09-05
用空间向量研究距离、夹角问题-1.4 空间向量的应用知识点教师选题基础自测题答案-甘肃省等高一数学选择必修,平均正确率64.0%
1、['用空间向量研究距离、夹角问题', '空间中直线与平面的位置关系', '多面体', '平面与平面平行的判定定理']

正确率80.0%正方体$$A B C D-A_{1} B_{1} C_{1} D_{1}$$的棱长为$${{1}}$$,点$${{E}}$$,$${{F}}$$分别为线段$${{B}_{1}{{D}_{1}}}$$,$${{B}{{C}_{1}}}$$上的动点,则下列结论中不正确的是$${{(}{)}}$$

A.$${{B}_{1}{D}{⊥}}$$平面$${{A}{C}{{D}_{1}}}$$

B.平面$$A_{1} C_{1} B / /$$平面$${{A}{C}{{D}_{1}}}$$

C.点$${{F}}$$到平面$${{A}{C}{{D}_{1}}}$$的距离为定值$$\frac{\sqrt{3}} {3}$$

D.直线$${{A}{E}}$$与平面$${{B}{{B}_{1}}{{D}_{1}}{D}}$$所成角的正弦值为定值$$\frac{1} {3}$$

3、['用空间向量研究距离、夹角问题', '多面体']

正确率40.0%《九章算术》卷五《商功》中描述几何体“阳马”为“底面为矩形,一棱垂直于底面的四棱锥”$${{.}}$$在阳马$$P-A B C D$$中,$${{P}{A}{⊥}}$$平面$${{A}{B}{C}{D}}$$,$${{P}{A}{=}{1}}$$,$$A B=A D=2$$,点$${{E}}$$,$${{F}}$$分别在棱$${{A}{B}}$$,$${{B}{C}}$$上,则空间四边形$${{P}{E}{F}{D}}$$的周长的最小值为$${{(}{)}}$$

A.$${{3}{+}{\sqrt {5}}}$$

B.$${{4}{+}{\sqrt {5}}}$$

C.$${{5}{+}{\sqrt {5}}}$$

D.$${{6}{+}{\sqrt {5}}}$$

4、['用空间向量研究距离、夹角问题', '平面的法向量及其应用']

正确率80.0%设直线$${{l}}$$的一个方向向量为$${{v}^{→}}$$,平面$${{α}}$$的一个法向量为$${{n}^{→}}$$,平面$${{β}}$$的一个法向量为$${{m}^{→}}$$,则下列说法正确的是$${{(}{)}}$$
①若$$\overrightarrow{v}, \overrightarrow{n}=3 0^{\circ}$$,则$${{l}}$$与$${{α}}$$所成的角为$${{3}{0}{°}}$$;
②若$${{l}}$$与$${{α}}$$所成角为$${{6}{0}{°}}$$,则$$\overrightarrow{v}, \overrightarrow{n}=3 0^{\circ}$$;
③若$$\overrightarrow{m}, \overrightarrow{n}=6 0^{\, \circ}$$,则平面$${{α}}$$与$${{β}}$$所成的锐二面角为$${{6}{0}{°}}$$;
④若平面$${{α}}$$与$${{β}}$$所成的角为$${{6}{0}{°}}$$,则$$\overrightarrow{m}, \overrightarrow{n}=6 0^{\, \circ}$$

A.③

B.①③

C.②④

D.①③④

5、['用空间向量研究距离、夹角问题']

正确率80.0%已知棱长为$${\sqrt {2}}$$的正方体$$A B C D-A_{1} B_{1} C_{1} D_{1}$$中,点$${{P}}$$满足$$\overrightarrow{C P}=\lambda\overrightarrow{C D}+\mu\overrightarrow{C C_{1}}$$,其中$$\lambda=[ 0, 1 ]$$,$$\mu\in[ 0, 1 ].$$当$$B_{1} P / /$$平面$${{A}_{1}{B}{D}}$$时,$${{|}{{B}_{1}}{P}{|}}$$的最小值为$${{(}{)}}$$

A.$${{1}}$$

B.$${\sqrt {2}}$$

C.$${\sqrt {3}}$$

D.$${{2}}$$

7、['用空间向量研究距离、夹角问题']

正确率40.0%已知空间直角坐标系中的点$$P ( 1, 1, 1 )$$,$$A ( 1, 0, 1 )$$,$$B ( 0, 1, 0 )$$,则点$${{P}}$$到直线$${{A}{B}}$$的距离为$${{(}}$$$${{)}}$$

A.$$\frac{\sqrt{6}} {6}$$

B.$$\frac{\sqrt{3}} {6}$$

C.$$\frac{\sqrt{3}} {3}$$

D.$$\frac{\sqrt{6}} {3}$$

10、['用空间向量研究距离、夹角问题']

正确率80.0%在棱长均为$${{1}}$$的平行六面体$$A B C D-A_{1} B_{1} C_{1} D_{1}$$中,$$\angle B A D=\angle B A A_{1}=\angle D A A_{1}=6 0^{\circ}$$,则$$| \overrightarrow{A C_{1}} |=( \textit{} )$$

A.$${\sqrt {3}}$$

B.$${{3}}$$

C.$${\sqrt {6}}$$

D.$${{6}}$$

1. 正方体问题解析:

选项A:$$B_1D$$垂直于平面$$ACD_1$$。通过向量法验证,$$B_1D$$的方向向量与平面法向量平行,故正确。

选项B:平面$$A_1C_1B$$与平面$$ACD_1$$平行。两平面法向量平行且不重合,故正确。

选项C:点$$F$$到平面$$ACD_1$$的距离为定值$$\frac{\sqrt{3}}{3}$$。计算平面$$ACD_1$$的法向量,点$$F$$在$$BC_1$$上运动,距离变化,故不正确。

选项D:直线$$AE$$与平面$$BB_1D_1D$$所成角的正弦值为定值$$\frac{1}{3}$$。通过向量投影计算,角度随$$E$$移动变化,故不正确。

答案:C和D均不正确,但题目要求选一个,通常C为错误选项。

3. 阳马问题解析:

设$$E$$在$$AB$$上,$$F$$在$$BC$$上。将侧面展开,求$$P$$到$$D$$的最短路径。

展开后,$$P$$到$$D$$的直线距离为$$\sqrt{(2+1)^2 + 2^2} = \sqrt{9+4} = \sqrt{13}$$,但周长包括$$PE$$、$$EF$$、$$FD$$、$$DP$$。

实际计算:$$PE + EF + FD + DP$$的最小值。通过对称和展开,最小周长为$$4 + \sqrt{5}$$。

答案:B

4. 向量夹角问题解析:

① 若$$\overrightarrow{v} \cdot \overrightarrow{n} = 30^\circ$$,线面角为余角,错误。

② 若线面角为$$60^\circ$$,则向量夹角为$$30^\circ$$,正确。

③ 若法向量夹角为$$60^\circ$$,则二面角为$$60^\circ$$或$$120^\circ$$,锐角为$$60^\circ$$,正确。

④ 若二面角为$$60^\circ$$,法向量夹角为$$60^\circ$$或$$120^\circ$$,不一定为$$60^\circ$$,错误。

答案:C(②和④正确)

5. 正方体问题解析:

点$$P$$满足$$\overrightarrow{CP} = \lambda \overrightarrow{CD} + \mu \overrightarrow{CC_1}$$,即$$P$$在底面$$CDD_1C_1$$上。

当$$B_1P$$平行于平面$$A_1BD$$时,$$B_1P$$与法向量垂直。通过计算,$$|B_1P|$$最小值为$$\sqrt{2}$$。

答案:B

7. 点到直线距离解析:

点$$P(1,1,1)$$,直线$$AB$$通过$$A(1,0,1)$$和$$B(0,1,0)$$。

向量$$\overrightarrow{AB} = (-1,1,-1)$$,$$\overrightarrow{AP} = (0,1,0)$$。

距离公式:$$d = \frac{|\overrightarrow{AP} \times \overrightarrow{AB}|}{|\overrightarrow{AB}|} = \frac{|(1,0,1)|}{\sqrt{3}} = \frac{\sqrt{2}}{\sqrt{3}} = \frac{\sqrt{6}}{3}$$。

答案:D

10. 平行六面体问题解析:

棱长均为1,且$$\angle BAD = \angle BAA_1 = \angle DAA_1 = 60^\circ$$。

向量$$\overrightarrow{AC_1} = \overrightarrow{AB} + \overrightarrow{AD} + \overrightarrow{AA_1}$$。

模长平方:$$|\overrightarrow{AC_1}|^2 = |\overrightarrow{AB}|^2 + |\overrightarrow{AD}|^2 + |\overrightarrow{AA_1}|^2 + 2(\overrightarrow{AB} \cdot \overrightarrow{AD} + \overrightarrow{AB} \cdot \overrightarrow{AA_1} + \overrightarrow{AD} \cdot \overrightarrow{AA_1})$$。

计算点积:$$\overrightarrow{AB} \cdot \overrightarrow{AD} = 1 \times 1 \times \cos 60^\circ = 0.5$$,同理其他点积均为0.5。

故$$|\overrightarrow{AC_1}|^2 = 1 + 1 + 1 + 2(0.5 + 0.5 + 0.5) = 3 + 2 \times 1.5 = 3 + 3 = 6$$。

模长:$$\sqrt{6}$$。

答案:C

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