格物学 第一章 空间向量与立体几何1.4 空间向量的应用

平面的法向量及其应用-1.4 空间向量的应用知识点回顾基础选择题自测题答案-江西省等高一数学选择必修,平均正确率72.0%

2025-06-05
平面的法向量及其应用-1.4 空间向量的应用知识点回顾基础选择题自测题答案-江西省等高一数学选择必修,平均正确率72.0%
1、['用空间向量研究两个平面所成的角', '平面的法向量及其应用']

正确率60.0%在四棱锥$$P-A B C D$$中$${,{P}{A}{⊥}}$$平面$$A B C D,$$四边形$${{A}{B}{C}{D}}$$是矩形,且$$A B=3, \, \, \, A D=4, \, \, \, P A=\frac{4 \sqrt{3}} {5},$$则平面$${{A}{B}{C}{D}}$$与平面$${{P}{B}{D}}$$所成角的大小为(

A

A.$${{3}{0}^{∘}}$$

B.$${{4}{5}^{∘}}$$

C.$${{6}{0}^{∘}}$$

D.$${{7}{5}^{∘}}$$

2、['空间向量的坐标与空间向量的平行、垂直', '空间中平面与平面的位置关系', '平面的法向量及其应用', '用空间向量研究空间中直线、平面的平行', '空间向量共线定理']

正确率80.0%两个不重合平面的法向量分别为$$\boldsymbol{v}_{1}=( 1, ~ 0, ~-1 ), ~ \boldsymbol{v}_{2}=(-2, ~ 0, ~ 2 ),$$则这两个平面的位置关系是(

A

A.平行

B.相交不垂直

C.垂直

D.以上都不对

5、['空间向量的坐标与空间向量的平行、垂直', '平面的法向量及其应用']

正确率60.0%若平面$${{α}{⊥}}$$平面$${{β}{,}}$$且平面$${{α}}$$的一个法向量为$$\boldsymbol{n}=\left(-2, ~ 1, ~ \frac{1} {2} \right),$$则平面$${{β}}$$的法向量可以是(

C

A.$$\left(-1, \frac{1} {2}, \frac{1} {4} \right)$$

B.$$( 2, ~-1, ~ 0 )$$

C.$$( 1, ~ 2, ~ 0 )$$

D.$$\left( \frac{1} {2}, 1, 2 \right)$$

6、['平面的法向量及其应用']

正确率60.0%已知空间直角坐标系中点$$A ~ ( 1, ~ 0, ~ 0 ) ~, ~ B ~ ( 2, ~ 0, ~ 1 ) ~, ~ C ~ ( 0, ~ 1, ~ 2 )$$,则平面$${{A}{B}{C}}$$的一个法向量为(

B

A.$$( \mathbf{\theta}-\mathbf{1}, \mathbf{\theta}-\mathbf{3}, \mathbf{\theta} 2 )$$

B.$$( \mathbf{1}, \mathbf{3}, \mathbf{-1} )$$

C.$$( 1, ~ 3, ~ 1 )$$

D.$$( \mathbf{\alpha}-1, \mathbf{\alpha} 3, \mathbf{\alpha} 1 )$$

7、['用空间向量研究空间中直线、平面的平行', '平面的法向量及其应用', '空间向量共线定理']

正确率60.0%平面$${{α}}$$的法向量为$$\overrightarrow{a}=( 1, 2,-2 ),$$平面$${{β}}$$的法向量$$\overrightarrow{b}=(-2, h, k ),$$若$$\alpha/ / \beta,$$则$${{h}{+}{k}}$$的值为       (

C

A.$${{−}{2}}$$

B.$${{−}{8}}$$

C.$${{0}}$$

D.$${{−}{6}}$$

8、['棱锥的结构特征及其性质', '用空间向量研究直线与平面所成的角', '平面的法向量及其应用']

正确率40.0%在三棱锥$$P-A B C$$中,$${{P}{A}{⊥}}$$平面$$A B C, \, \, \angle B A C=9 0^{\circ}, \, \, \, D, E, F$$分别是棱$$A B, B C, C P$$的中点,$$A B=A C=1, \, \, \, P A=2$$,则直线$${{P}{A}}$$与平面$${{D}{E}{F}}$$所成角的正弦值为(

A

A.$$\frac{\sqrt{5}} {5}$$

B.$$\frac{2 \sqrt{5}} {5}$$

C.$$\frac{1} {5}$$

D.$$\frac{2} {5}$$

9、['平面的法向量及其应用']

正确率80.0%在平面$${{A}{B}{C}}$$中,$$A ( 0, 1, 1 )$$,$$B ( 1, 2, 1 )$$,$$C (-1, 0,-1 )$$,若$$\overrightarrow{a}=(-1, y, z )$$,且$${{a}^{→}}$$为平面$${{A}{B}{C}}$$的一个法向量,则$$y+z=( \eta)$$

B

A.$${{0}}$$

B.$${{1}}$$

C.$${{2}}$$

D.$${{−}{1}}$$

10、['空间中直线的方向向量与直线的向量表示', '平面的法向量及其应用']

正确率80.0%若直线$${{l}}$$的方向向量为$$\overrightarrow{m}=( 3,-1, 2 )$$,平面$${{α}}$$的法向量为$$\overrightarrow{n}=( 2, 3,-1 )$$,则$${{(}{)}}$$

D

A.$${{l}{/}{/}{α}}$$

B.$${{l}{⊥}{α}}$$

C.$${{l}{⊂}{α}}$$

D.$${{l}}$$与$${{α}}$$斜交

1. 解析:

首先确定几何关系。四棱锥$$P-ABCD$$中,$$PA \perp$$平面$$ABCD$$,且$$ABCD$$为矩形。已知$$AB=3$$,$$AD=4$$,$$PA=\frac{4\sqrt{3}}{5}$$。求平面$$ABCD$$与平面$$PBD$$的夹角。

步骤如下:

1. 建立坐标系:设$$A$$为原点,$$AB$$沿$$x$$轴,$$AD$$沿$$y$$轴,$$AP$$沿$$z$$轴。

2. 点坐标:$$A(0,0,0)$$,$$B(3,0,0)$$,$$D(0,4,0)$$,$$P(0,0,\frac{4\sqrt{3}}{5})$$。

3. 平面$$ABCD$$的法向量为$$\mathbf{n}_1 = (0,0,1)$$。

4. 平面$$PBD$$的法向量$$\mathbf{n}_2$$通过向量$$\overrightarrow{BD} = (-3,4,0)$$和$$\overrightarrow{BP} = (-3,0,\frac{4\sqrt{3}}{5})$$的叉积得到:

$$\mathbf{n}_2 = \overrightarrow{BD} \times \overrightarrow{BP} = \left(4 \cdot \frac{4\sqrt{3}}{5} - 0 \cdot 0, 0 \cdot (-3) - (-3) \cdot \frac{4\sqrt{3}}{5}, (-3) \cdot 0 - 4 \cdot (-3)\right) = \left(\frac{16\sqrt{3}}{5}, \frac{12\sqrt{3}}{5}, 12\right)$$

5. 计算夹角:$$\cos \theta = \frac{\mathbf{n}_1 \cdot \mathbf{n}_2}{|\mathbf{n}_1| \cdot |\mathbf{n}_2|} = \frac{12}{\sqrt{\left(\frac{16\sqrt{3}}{5}\right)^2 + \left(\frac{12\sqrt{3}}{5}\right)^2 + 12^2}} = \frac{12}{\sqrt{\frac{768}{25} + \frac{432}{25} + 144}} = \frac{12}{\sqrt{48 + 144}} = \frac{12}{\sqrt{192}} = \frac{12}{8\sqrt{3}} = \frac{\sqrt{3}}{2}$$

因此,$$\theta = 30^\circ$$。

答案:A

2. 解析:

已知两平面的法向量$$\mathbf{v}_1 = (1,0,-1)$$和$$\mathbf{v}_2 = (-2,0,2)$$。

由于$$\mathbf{v}_2 = -2 \mathbf{v}_1$$,两法向量平行,故两平面平行。

答案:A

5. 解析:

平面$$\alpha \perp \beta$$,且$$\alpha$$的法向量为$$\mathbf{n} = (-2,1,\frac{1}{2})$$,则$$\beta$$的法向量必须与$$\mathbf{n}$$垂直。

验证选项:

A. $$\mathbf{n} \cdot (-1,\frac{1}{2},\frac{1}{4}) = (-2)(-1) + 1 \cdot \frac{1}{2} + \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{4} = 2 + \frac{1}{2} + \frac{1}{8} \neq 0$$

B. $$\mathbf{n} \cdot (2,-1,0) = (-2)(2) + 1(-1) + \frac{1}{2}(0) = -4 -1 +0 = -5 \neq 0$$

C. $$\mathbf{n} \cdot (1,2,0) = (-2)(1) + 1(2) + \frac{1}{2}(0) = -2 + 2 + 0 = 0$$

D. $$\mathbf{n} \cdot (\frac{1}{2},1,2) = (-2)(\frac{1}{2}) + 1(1) + \frac{1}{2}(2) = -1 + 1 + 1 = 1 \neq 0$$

只有选项C满足垂直条件。

答案:C

6. 解析:

已知点$$A(1,0,0)$$,$$B(2,0,1)$$,$$C(0,1,2)$$,求平面$$ABC$$的法向量。

步骤如下:

1. 向量$$\overrightarrow{AB} = (1,0,1)$$,$$\overrightarrow{AC} = (-1,1,2)$$。

2. 法向量$$\mathbf{n} = \overrightarrow{AB} \times \overrightarrow{AC} = (0 \cdot 2 - 1 \cdot 1, 1 \cdot (-1) - 1 \cdot 2, 1 \cdot 1 - 0 \cdot (-1)) = (-1, -3, 1)$$。

3. 选项中$$(-1,-3,1)$$对应选项B。

答案:B

7. 解析:

平面$$\alpha \parallel \beta$$,法向量$$\mathbf{a} = (1,2,-2)$$,$$\mathbf{b} = (-2,h,k)$$。

由于两平面平行,法向量成比例,即$$\frac{-2}{1} = \frac{h}{2} = \frac{k}{-2}$$,解得$$h = -4$$,$$k = 4$$。

因此,$$h + k = 0$$。

答案:C

8. 解析:

三棱锥$$P-ABC$$中,$$PA \perp$$平面$$ABC$$,$$\angle BAC = 90^\circ$$,$$AB=AC=1$$,$$PA=2$$。点$$D,E,F$$分别为$$AB,BC,CP$$的中点。

步骤如下:

1. 建立坐标系:设$$A$$为原点,$$AB$$沿$$x$$轴,$$AC$$沿$$y$$轴,$$AP$$沿$$z$$轴。

2. 点坐标:$$A(0,0,0)$$,$$B(1,0,0)$$,$$C(0,1,0)$$,$$P(0,0,2)$$。

3. 中点坐标:$$D(\frac{1}{2},0,0)$$,$$E(\frac{1}{2},\frac{1}{2},0)$$,$$F(0,\frac{1}{2},1)$$。

4. 向量$$\overrightarrow{DE} = (0,\frac{1}{2},0)$$,$$\overrightarrow{DF} = (-\frac{1}{2},\frac{1}{2},1)$$。

5. 平面$$DEF$$的法向量$$\mathbf{n} = \overrightarrow{DE} \times \overrightarrow{DF} = \left(\frac{1}{2} \cdot 1 - 0 \cdot \frac{1}{2}, 0 \cdot (-\frac{1}{2}) - 0 \cdot 1, 0 \cdot \frac{1}{2} - \frac{1}{2} \cdot (-\frac{1}{2})\right) = \left(\frac{1}{2}, 0, \frac{1}{4}\right)$$。

6. 直线$$PA$$的方向向量为$$\overrightarrow{PA} = (0,0,-2)$$。

7. 夹角正弦值:$$\sin \theta = \frac{|\mathbf{n} \cdot \overrightarrow{PA}|}{|\mathbf{n}| \cdot |\overrightarrow{PA}|} = \frac{|\frac{1}{4} \cdot (-2)|}{\sqrt{\left(\frac{1}{2}\right)^2 + 0^2 + \left(\frac{1}{4}\right)^2} \cdot 2} = \frac{\frac{1}{2}}{\sqrt{\frac{1}{4} + \frac{1}{16}} \cdot 2} = \frac{\frac{1}{2}}{\frac{\sqrt{5}}{4} \cdot 2} = \frac{1}{\sqrt{5}} = \frac{\sqrt{5}}{5}$$。

答案:A

9. 解析:

已知点$$A(0,1,1)$$,$$B(1,2,1)$$,$$C(-1,0,-1)$$,法向量$$\mathbf{a} = (-1,y,z)$$。

步骤如下:

1. 向量$$\overrightarrow{AB} = (1,1,0)$$,$$\overrightarrow{AC} = (-1,-1,-2)$$。

2. 法向量$$\mathbf{a}$$必须满足$$\mathbf{a} \cdot \overrightarrow{AB} = 0$$和$$\mathbf{a} \cdot \overrightarrow{AC} = 0$$。

3. 得到方程组:

$$-1 \cdot 1 + y \cdot 1 + z \cdot 0 = -1 + y = 0 \Rightarrow y = 1$$

$$-1 \cdot (-1) + y \cdot (-1) + z \cdot (-2) = 1 - y - 2z = 0 \Rightarrow 1 - 1 - 2z = 0 \Rightarrow z = 0$$

4. 因此,$$y + z = 1 + 0 = 1$$。

答案:B

10. 解析:

直线$$l$$的方向向量$$\mathbf{m} = (3,-1,2)$$,平面$$\alpha$$的法向量$$\mathbf{n} = (2,3,-1)$$。

计算点积:$$\mathbf{m} \cdot \mathbf{n} = 3 \cdot 2 + (-1) \cdot 3 + 2 \cdot (-1) = 6 - 3 - 2 = 1 \neq 0$$,故直线与平面不垂直。

由于$$\mathbf{m}$$与$$\mathbf{n}$$不成比例,直线与平面斜交。

答案:D

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