格物学 第一章 空间向量与立体几何空间向量及其运算的坐标表示

空间向量运算的坐标表示-空间向量及其运算的坐标表示知识点考前基础单选题自测题解析-北京市等高一数学选择必修,平均正确率72.0%

2025-05-18
空间向量运算的坐标表示-空间向量及其运算的坐标表示知识点考前基础单选题自测题解析-北京市等高一数学选择必修,平均正确率72.0%
1、['空间向量运算的坐标表示', '向量的模', '空间向量共线定理']

正确率60.0%从点$${{P}{(}{1}{,}{2}{,}{3}{)}}$$出发,沿着向量$${{v}{=}{(}{−}{4}{,}{−}{1}{,}{8}{)}}$$的方向取点$${{Q}{,}}$$使$${{P}{Q}{=}{{1}{8}}{,}}$$则$${{Q}}$$点的坐标为(

A

A.$${{(}{−}{7}{,}{0}{,}{{1}{9}}{)}}$$

B.$${{(}{9}{,}{4}{,}{−}{{1}{3}}{)}}$$

C.$${{(}{−}{7}{,}{0}{,}{{1}{9}}{)}}$$或$${{(}{9}{,}{4}{,}{−}{{1}{3}}{)}}$$

D.$${{(}{−}{1}{,}{−}{2}{,}{3}{)}}$$或$${{(}{1}{,}{−}{2}{,}{−}{3}{)}}$$

2、['空间向量运算的坐标表示', '空间向量的数量积']

正确率60.0%已知向量$${{a}{=}{(}{2}{,}{−}{1}{,}{1}{)}{,}{b}{=}{(}{1}{,}{2}{,}{1}{)}{,}}$$作$$\overrightarrow{O A}=a, \ \overrightarrow{O B}=b,$$则以$${{O}{A}{,}{O}{B}}$$为邻边的平行四边形的面积为(

B

A.$$\frac{\sqrt{3 5}} {2}$$

B.$${\sqrt {{3}{5}}}$$

C.$${{4}}$$

D.$${{8}}$$

3、['空间向量运算的坐标表示', '空间向量的夹角']

正确率60.0%在空间直角坐标系中$${{,}{{i}^{→}}{=}{(}{1}{,}{0}{,}{0}{)}{,}{{j}^{→}}{=}{(}{0}{,}{1}{,}{0}{)}{,}}$$$${{k}^{→}{=}{(}{0}{,}{0}{,}{1}{)}{,}}$$则与$${{i}^{→}{,}{{j}^{→}}{,}{{k}^{→}}}$$所成角都相等的单位向量为(

D

A.$${{(}{1}{,}{1}{,}{1}{)}}$$

B.$$\left( \frac{1} {3}, \ \frac{1} {3}, \ \frac{1} {3} \right)$$

C.$$\left( \frac{\sqrt{3}} {3}, \, \, \, \frac{\sqrt{3}} {3}, \, \, \, \frac{\sqrt{3}} {3} \right)$$

D.$$\left( \frac{\sqrt{3}} {3}, \, \, \, \frac{\sqrt{3}} {3}, \, \, \, \frac{\sqrt{3}} {3} \right)$$或$$\left(-\frac{\sqrt{3}} {3}, ~-\frac{\sqrt{3}} {3}, ~-\frac{\sqrt{3}} {3} \right)$$

4、['空间向量运算的坐标表示', '空间向量的夹角', '空间向量的数量积']

正确率60.0%若向量$${{a}{=}{(}{1}{,}{0}{,}{z}{)}}$$与向量$${{b}{=}{(}{2}{,}{1}{,}{2}{)}}$$的夹角的余弦值为$$\frac{2} {3},$$则$${{z}{=}}$$(

A

A.$${{0}}$$

B.$${{1}}$$

C.$${{−}{1}}$$

D.$${{2}}$$

5、['空间直角坐标系', '空间向量运算的坐标表示', '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%若正三棱柱$${{A}{B}{C}{−}{{A}_{1}}{{B}_{1}}{{C}_{1}}}$$的所有棱长都相等$${,}$$$${{D}}$$是$${{A}_{1}{{C}_{1}}}$$的中点,则直线$${{A}{D}}$$与平面$${{B}_{1}{D}{C}}$$所成角的正弦值为(

A

A.$$\frac{4} {5}$$

B.$$\frac{3} {5}$$

C.$$\frac{3} {4}$$

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

6、['空间向量的坐标与空间向量的平行、垂直', '空间向量运算的坐标表示', '空间向量的夹角', '空间向量的数量积', '平面的法向量及其应用']

正确率40.0%已知空间中三点$${{A}{(}{0}{,}{1}{,}{0}{)}{,}{B}{(}{2}{,}{2}{,}{0}{)}{,}{C}{(}{−}{1}{,}{3}{,}{1}{)}{,}}$$则下列说法正确的是(

D

A.$$\overrightarrow{A B}$$与$$\overrightarrow{A C}$$是共线向量

B.$$\overrightarrow{A B}$$的单位向量是$${{(}{1}{,}{1}{,}{0}{)}}$$

C.$$\overrightarrow{A B}$$与$$\overrightarrow{B C}$$夹角的余弦值是$$\frac{\sqrt{5 5}} {1 1}$$

D.平面$${{A}{B}{C}}$$的一个法向量是$${{(}{1}{,}{−}{2}{,}{5}{)}}$$

1. 首先,向量 $$v = (-4, -1, 8)$$ 的方向向量为 $$\frac{v}{|v|} = \frac{(-4, -1, 8)}{\sqrt{(-4)^2 + (-1)^2 + 8^2}} = \frac{(-4, -1, 8)}{\sqrt{81}} = \left(-\frac{4}{9}, -\frac{1}{9}, \frac{8}{9}\right)$$。点 $$Q$$ 可以表示为 $$P + 18 \cdot \frac{v}{|v|} = (1, 2, 3) + 18 \cdot \left(-\frac{4}{9}, -\frac{1}{9}, \frac{8}{9}\right) = (1 - 8, 2 - 2, 3 + 16) = (-7, 0, 19)$$。或者沿着反方向 $$P - 18 \cdot \frac{v}{|v|} = (1 + 8, 2 + 2, 3 - 16) = (9, 4, -13)$$。因此,正确答案是 $$C$$。

2. 向量 $$a = (2, -1, 1)$$ 和 $$b = (1, 2, 1)$$ 的叉积为 $$a \times b = \begin{vmatrix} i & j & k \\ 2 & -1 & 1 \\ 1 & 2 & 1 \end{vmatrix} = (-1 \cdot 1 - 1 \cdot 2, 1 \cdot 1 - 2 \cdot 1, 2 \cdot 2 - (-1) \cdot 1) = (-3, -1, 5)$$。叉积的模长为 $$|a \times b| = \sqrt{(-3)^2 + (-1)^2 + 5^2} = \sqrt{35}$$,即平行四边形的面积。因此,正确答案是 $$B$$。

3. 设单位向量为 $$u = (x, y, z)$$,则与 $$i, j, k$$ 的夹角相同,即 $$\frac{u \cdot i}{|u||i|} = \frac{u \cdot j}{|u||j|} = \frac{u \cdot k}{|u||k|}$$,化简得 $$x = y = z$$。由于 $$u$$ 是单位向量,$$x^2 + y^2 + z^2 = 1$$,故 $$x = y = z = \pm \frac{\sqrt{3}}{3}$$。因此,正确答案是 $$D$$。

4. 向量 $$a = (1, 0, z)$$ 和 $$b = (2, 1, 2)$$ 的夹角余弦为 $$\frac{a \cdot b}{|a||b|} = \frac{1 \cdot 2 + 0 \cdot 1 + z \cdot 2}{\sqrt{1 + z^2} \cdot \sqrt{4 + 1 + 4}} = \frac{2 + 2z}{3\sqrt{1 + z^2}} = \frac{2}{3}$$。解得 $$2 + 2z = 2\sqrt{1 + z^2}$$,平方后化简得 $$z^2 - 2z + 1 = 0$$,即 $$z = 1$$。因此,正确答案是 $$B$$。

5. 设正三棱柱的棱长为 2。建立坐标系,设 $$A = (0, 0, 0)$$,$$B = (2, 0, 0)$$,$$C = (1, \sqrt{3}, 0)$$,$$A_1 = (0, 0, 2)$$,$$B_1 = (2, 0, 2)$$,$$C_1 = (1, \sqrt{3}, 2)$$。$$D$$ 是 $$A_1C_1$$ 的中点,坐标为 $$\left(\frac{1}{2}, \frac{\sqrt{3}}{2}, 2\right)$$。直线 $$AD$$ 的方向向量为 $$\left(\frac{1}{2}, \frac{\sqrt{3}}{2}, 2\right)$$。平面 $$B_1DC$$ 的法向量为 $$B_1D \times B_1C = \left(-\frac{3}{2}, \frac{\sqrt{3}}{2}, 0\right) \times (-1, \sqrt{3}, -2) = (-\sqrt{3}, -3, -2\sqrt{3})$$。设夹角为 $$\theta$$,则 $$\sin \theta = \frac{|AD \cdot n|}{|AD||n|} = \frac{\left|\frac{1}{2} \cdot (-\sqrt{3}) + \frac{\sqrt{3}}{2} \cdot (-3) + 2 \cdot (-2\sqrt{3})\right|}{\sqrt{\frac{1}{4} + \frac{3}{4} + 4} \cdot \sqrt{3 + 9 + 12}} = \frac{4\sqrt{3}}{\sqrt{5} \cdot \sqrt{24}} = \frac{4}{5}$$。因此,正确答案是 $$A$$。

6. 选项分析:

  • A: $$\overrightarrow{AB} = (2, 1, 0)$$,$$\overrightarrow{AC} = (-1, 2, 1)$$,显然不成比例,故错误。
  • B: $$\overrightarrow{AB}$$ 的单位向量为 $$\frac{(2, 1, 0)}{\sqrt{5}}$$,不是 $$(1, 1, 0)$$,故错误。
  • C: $$\overrightarrow{AB} = (2, 1, 0)$$,$$\overrightarrow{BC} = (-3, 1, 1)$$,夹角余弦为 $$\frac{-6 + 1 + 0}{\sqrt{5} \cdot \sqrt{11}} = \frac{-5}{\sqrt{55}}$$,与题目不符,故错误。
  • D: 平面 $$ABC$$ 的法向量可以通过 $$\overrightarrow{AB} \times \overrightarrow{AC} = (1, -2, 5)$$ 得到,验证 $$(1, -2, 5) \cdot \overrightarrow{AB} = 0$$ 且 $$(1, -2, 5) \cdot \overrightarrow{AC} = 0$$,故正确。
因此,正确答案是 $$D$$。
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