高中数学专题05几何概型分项汇编含解析新人教A版必修

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新教材 人教A版高中数学选择性必修第一册全册优秀学案(知识点考点汇总及配套习题,含解析)

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人教A版高中数学选择性必修第一册全册学案第一章空间向量与立体几何........................................................................................................ - 2 -1.1空间向量及其运算......................................................................................................... - 2 -1.1.1空间向量及其线性运算...................................................................................... - 2 -1.1.2空间向量的数量积运算.................................................................................... - 16 -1.2空间向量基本定理....................................................................................................... - 29 -1.3空间向量及其运算的坐标表示................................................................................... - 38 -1.3.1空间直角坐标系................................................................................................ - 38 -1.3.2空间运算的坐标表示........................................................................................ - 46 -1.4空间向量的应用 .......................................................................................................... - 59 -1.4.1用空间向量研究直线、平面的位置关系........................................................ - 59 -第1课时空间向量与平行关系........................................................................ - 59 -第2课时空间向量与垂直关系........................................................................ - 69 -1.4.2用空量研究距离、夹角问题............................................................................ - 79 -章末总结 ............................................................................................................................... - 97 - 第二章直线和圆的方程............................................................................................................ - 113 -2.1直线的倾斜角与斜率................................................................................................. - 113 -2.1.1倾斜角与斜率 ................................................................................................. - 113 -2.1.2两条直线平行和垂直的判定.......................................................................... - 121 -2.2直线的方程 ................................................................................................................ - 131 -2.2.1直线点斜式方程.............................................................................................. - 131 -2.2.2直线的两点式方程.......................................................................................... - 137 -2.2.3直线的一般式方程.......................................................................................... - 145 -2.3直线的交点坐标与距离公式..................................................................................... - 154 -2.3.1两条直线的交点坐标...................................................................................... - 154 -2.3.2两点间的距离公式.......................................................................................... - 154 -2.3.3点到直线的距离公式...................................................................................... - 163 -2.3.4两条平行直线间的距离.................................................................................. - 163 -2.4圆的方程 .................................................................................................................... - 171 -2.4.1圆的标准方程 ................................................................................................. - 171 -2.4.2圆的一般方程 ................................................................................................. - 180 -2.5直线与圆、圆与圆的位置关系................................................................................. - 188 -2.5.1直线与圆的位置关系...................................................................................... - 188 -2.5.2圆与圆的位置关系.......................................................................................... - 199 -章末复习 ............................................................................................................................. - 208 - 第三章圆锥曲线的方程............................................................................................................ - 222 -3.1椭圆 ............................................................................................................................ - 222 -3.1.1椭圆及其标准方程.......................................................................................... - 222 -3.1.2椭圆的简单几何性质...................................................................................... - 234 -第1课时椭圆的简单几何性质...................................................................... - 234 -第2课时椭圆的标准方程及性质的应用...................................................... - 244 -3.2双曲线 ........................................................................................................................ - 256 -3.2.1双曲线及其标准方程...................................................................................... - 256 -3.2.2双曲线的简单几何性质.................................................................................. - 267 -3.3抛物线 ........................................................................................................................ - 281 -3.3.1抛物线及其标准方程...................................................................................... - 281 -3.3.2抛物线的简单几何性质.................................................................................. - 291 -章末复习 ............................................................................................................................. - 303 - 全书复习 ..................................................................................................................................... - 316 -第一章空间向量与立体几何1.1空间向量及其运算1.1.1空间向量及其线性运算学习目标核心素养1.理解空间向量的概念.(难点)2.掌握空间向量的线性运算.(重点)3.掌握共线向量定理、共面向量定理及推论的应用.(重点、难点) 1.通过空间向量有关概念的学习,培养学生的数学抽象核心素养.2.借助向量的线性运算、共线向量及共面向量的学习,提升学生的直观想象和逻辑推理的核心素养.国庆期间,某游客从上海世博园(O)游览结束后乘车到外滩(A)观赏黄浦江,然后抵达东方明珠(B)游玩,如图1,游客的实际位移是什么?可以用什么数学概念来表示这个过程?图1图2如果游客还要登上东方明珠顶端(D)俯瞰上海美丽的夜景,如图2,那么他实际发生的位移是什么?又如何表示呢?1.空间向量(1)定义:在空间,具有大小和方向的量叫做空间向量. (2)长度或模:空间向量的大小. (3)表示方法:①几何表示法:空间向量用有向线段表示;②字母表示法:用字母a ,b ,c ,…表示;若向量a 的起点是A ,终点是B ,也可记作:AB →,其模记为|a |或|AB →|.2.几类常见的空间向量名称方向 模 记法 零向量任意 0 0 单位向量任意 1 相反向量相反 相等 a 的相反向量:-a AB →的相反向量:BA → 相等向量 相同 相等 a =b3.(1)向量的加法、减法空间向量的运算 加法 OB →=OA →+OC →=a +b减法 CA →=OA →-OC →=a -b 加法运算律 ①交换律:a +b =b +a②结合律:(a +b )+c =a +(b +c )①定义:实数λ与空间向量a 的乘积λa 仍然是一个向量,称为向量的数乘运算.当λ>0时,λa 与向量a 方向相同;当λ<0时,λa 与向量a 方向相反;当λ=0时,λa =0;λa 的长度是a 的长度的|λ|倍.②运算律a .结合律:λ(μa )=μ(λa )=(λμ)a .b .分配律:(λ+μ)a =λa +μa ,λ(a +b )=λa +λb .思考:向量运算的结果与向量起点的选择有关系吗?[提示] 没有关系.4.共线向量(1)定义:表示若干空间向量的有向线段所在的直线互相平行或重合,则这些向量叫做共线向量或平行向量. (2)方向向量:在直线l 上取非零向量a ,与向量a 平行的非零向量称为直线l 的方向向量.规定:零向量与任意向量平行,即对任意向量a ,都有0∥a .(3)共线向量定理:对于空间任意两个向量a ,b (b ≠0),a ∥b 的充要条件是存在实数λ使a =λb .(4)如图,O 是直线l 上一点,在直线l 上取非零向量a ,则对于直线l 上任意一点P ,由数乘向量定义及向量共线的充要条件可知,存在实数λ,使得OP →=λa .5.共面向量(1)定义:平行于同一个平面的向量叫做共面向量. (2)共面向量定理:若两个向量a ,b 不共线,则向量p 与向量a ,b 共面的充要条件是存在唯一的有序实数对(x ,y ),使p =x a +y b .(3)空间一点P 位于平面ABC 内的充要条件:存在有序实数对(x ,y ), 使AP →=xAB →+yAC →或对空间任意一点O ,有OP →=OA →+xAB →+yAC →.思考:(1)空间中任意两个向量一定是共面向量吗?(2)若空间任意一点O 和不共线的三点A ,B ,C ,满足OP →=13OA →+13OB →+13OC →,则点P 与点A ,B ,C 是否共面?[提示] (1)空间中任意两个向量都可以平移到同一个平面内,成为同一个平面的两个向量,因此一定是共面向量.(2)由OP →=13OA →+13OB →+13OC →得OP →-OA →=13(OB →-OA →)+13(OC →-OA →)即AP →=13AB →+13AC →,因此点P 与点A ,B ,C 共面.1.思考辨析(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)空间向量a ,b ,c ,若a ∥b ,b ∥c ,则a ∥c .( ) (2)相等向量一定是共线向量.( ) (3)三个空间向量一定是共面向量.( ) (4)零向量没有方向.( )[提示] (1)× 若b =0时,a 与c 不一定平行.(2)√ 相等向量一定共线,但共线不一定相等.(3)× 空间两个向量一定是共面向量,但三个空间向量可能是共面的,也可以是不共面的.(4)× 零向量有方向,它的方向是任意的.2.如图所示,在四棱柱ABCD -A 1B 1C 1D 1所有的棱中,可作为直线A 1B 1的方向向量的有( )A .1个B .2个C .3个D .4个D [共四条AB ,A 1B 1,CD ,C 1D 1.]3.点C 在线段AB 上,且|AB |=5,|BC |=3,AB →=λBC →,则λ=________. -53 [因为C 在线段AB 上,所以AB →与BC →方向相反,又因|AB |=5,|BC |=3,故λ=-53.]4.在三棱锥A -BCD 中,若△BCD 是正三角形,E 为其中心,则AB →+12BC →-32DE →-AD →化简的结果为________.0 [延长DE 交边BC 于点F ,连接AF ,则有AB →+12BC →=AF →,32DE →+AD →=AD→+DF →=AF →,故AB →+12BC →-32DE →-AD →=0.]空间向量的有关概念①若|a |=|b |,则a =b 或a =-b ;②若向量a 是向量b 的相反向量,则|a |=|b |;③在正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,AC →=A 1C 1→;④若空间向量m ,n ,p 满足m =n ,n =p ,则m =p .其中正确命题的序号是________.(2)如图所示,在平行六面体ABCD -A ′B ′C ′D ′中,顶点连接的向量中,与向量AA ′→相等的向量有________;与向量A ′B ′→相反的向量有________.(要求写出所有适合条件的向量)(1)②③④ (2)BB ′→,CC ′→,DD ′→ B ′A ′→,BA →,CD →,C ′D ′→ [(1)对于①,向量a 与b 的方向不一定相同或相反,故①错;对于②,根据相反向量的定义知|a |=|b |,故②正确;对于③,根据相等向量的定义知,AC →=A 1C 1→,故③正确;对于④,根据相等向量的定义知正确.(2)根据相等向量的定义知,与向量AA ′→相等的向量有BB ′→,CC ′→,DD ′→.与向量A ′B ′→相反的向量有B ′A ′→,BA →,CD →,C ′D ′→.]解答空间向量有关概念问题的关键点及注意点(1)关键点:紧紧抓住向量的两个要素,即大小和方向.(2)注意点:注意一些特殊向量的特性.①零向量不是没有方向,而是它的方向是任意的,且与任何向量都共线,这一点说明了共线向量不具备传递性.②单位向量方向虽然不一定相同,但它们的长度都是1.③两个向量模相等,不一定是相等向量;反之,若两个向量相等,则它们不仅模相等,方向也相同.若两个向量模相等,方向相反,则它们为相反向量. [跟进训练]1.下列关于空间向量的命题中,正确命题的个数是( )①长度相等、方向相同的两个向量是相等向量;②平行且模相等的两个向量是相等向量;③若a ≠b ,则|a |≠|b |;④两个向量相等,则它们的起点与终点相同.A .0B .1C .2D .3B [根据向量的定义,知长度相等、方向相同的两个向量是相等向量,①正确;平行且模相等的两个向量可能是相等向量,也可能是相反向量,②不正确;当a =-b 时,也有|a |=|b |,③不正确;只要模相等、方向相同,两个向量就是相等向量,与向量的起点与终点无关,④不正确.综上可知只有①正确,故选B.]空间向量的线性运算 1111为向量AC 1→的有( )①(AB →+BC →)+CC 1→;②(AA 1→+A 1D 1→)+D 1C 1→;③(AB →+BB 1→)+B 1C 1→;④(AA 1→+A 1B 1→)+B 1C 1→.A .1个B .2个C .3个D .4个(2)已知正四棱锥P -ABCD ,O 是正方形ABCD 的中心,Q 是CD 的中点,求下列各式中x ,y ,z 的值.①OQ →=PQ →+yPC →+zP A →;②P A →=xPO →+yPQ →+PD →.[思路探究] (1)合理根据向量的三角形和平行四边形法则,以及在平行六面体中,体对角线向量等于从同一起点出发的三条棱向量的和.如AC 1→=AB →+AD →+AA 1→.(2)根据数乘向量及三角形或平行四边形法则求解.(1)D [对于①,(AB →+BC →)+CC 1→=AC →+CC 1→=AC 1→;对于②,(AA 1→+A 1D 1→)+D 1C 1→=AD 1→+D 1C 1→=AC 1→;对于③,(AB →+BB 1→)+B 1C 1→=AB 1→+B 1C 1→=AC 1→;对于④,(AA 1→+A 1B 1→)+B 1C 1→=AB 1→+B 1C 1→=AC 1→.](2)[解] ①如图,∵OQ →=PQ →-PO →=PQ →-12(P A →+PC →)=PQ →-12PC →-12P A →,∴y =z =-12.②∵O 为AC 的中点,Q 为CD 的中点,∴P A →+PC →=2PO →,PC →+PD →=2PQ →,∴P A →=2PO →-PC →,PC →=2PQ →-PD →,∴P A →=2PO →-2PQ →+PD →,∴x =2,y =-2.1.空间向量加法、减法运算的两个技巧(1)巧用相反向量:向量减法的三角形法则是解决空间向量加法、减法的关键,灵活运用相反向量可使向量首尾相接.(2)巧用平移:利用三角形法则和平行四边形法则进行向量加、减法运算时,务必注意和向量、差向量的方向,必要时可采用空间向量的自由平移获得运算结果.2.利用数乘运算进行向量表示的技巧(1)数形结合:利用数乘运算解题时,要结合具体图形,利用三角形法则、平行四边形法则,将目标向量转化为已知向量.(2)明确目标:在化简过程中要有目标意识,巧妙运用中点性质. [跟进训练] 2.已知空间四边形ABCD ,连接AC ,BD ,设M ,G 分别是BC ,CD 的中点,则MG →-AB →+AD →等于( )A .32DB → B .3MG →C .3GM →D .2MG →B [MG →-AB →+AD →=MG →-(AB →-AD →)=MG →-DB →=MG →+BD →=MG →+2MG →=3MG →.]共线问题【例3】 (1)设e 1,e 2是空间两个不共线的向量,已知AB =e 1+k e 2,BC =5e 1+4e 2,DC →=-e 1-2e 2,且A ,B ,D 三点共线,实数k =________.(2)如图所示,已知四边形ABCD ,ABEF 都是平行四边形且不共面,M ,N 分别是AC ,BF 的中点,判断CE →与MN →是否共线.[思路探究] (1)根据向量共线的充要条件求解.(2)根据数乘向量及三角形法则,把MN →表示成λCE →的形式,再根据向量共线的充要条件求解.(1)1 [AD →=AB →+BC →+CD →=(e 1+k e 2)+(5e 1+4e 2)+(e 1+2e 2)=7e 1+(k +6)e 2. 设AD →=λAB →,则7e 1+(k +6)e 2=λ(e 1+k e 2),所以⎩⎨⎧ λ=7λk =k +6,解得k =1.] (2)[解] 法一:因为M ,N 分别是AC ,BF 的中点,且四边形ABCD ,四边形ABEF 都是平行四边形,所以MN →=MA →+AF →+FN →=12CA →+AF →+12FB →.又因为MN →=MC →+CE →+EB →+BN →=-12CA →+CE →-AF →-12FB →,以上两式相加得CE →=2MN →,所以CE →∥MN →,即CE →与MN →共线.法二:因为四边形ABEF 为平行四边形,所以连接AE 时,AE 必过点N . ∴CE →=AE →-AC →=2AN →-2AM →=2(AN →-AM →)=2MN →.所以CE →∥MN →,即CE →与MN →共线.证明空间三点共线的三种思路对于空间三点P ,A ,B 可通过证明下列结论来证明三点共线.(1)存在实数λ,使P A →=λPB →成立.(2)对空间任一点O ,有OP →=OA →+tAB →(t ∈R ).(3)对空间任一点O ,有OP →=xOA →+yOB →(x +y =1).[跟进训练]3.如图,在正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,E 在A 1D 1上,且A 1E →=2ED 1→,F 在对角线A 1C 上,且A 1F →=23FC →.求证:E ,F ,B 三点共线.[证明] 设AB →=a ,AD →=b ,AA 1→=c , 因为A 1E →=2ED 1→,A 1F →=23FC →, 所以A 1E →=23A 1D 1→,A 1F →=25A 1C →, 所以A 1E →=23AD →=23b ,A 1F →=25(AC →-AA 1→)=25(AB →+AD →-AA 1→)=25a +25b -25c ,所以EF →=A 1F →-A 1E →=25a -415b -25c =25⎝ ⎛⎭⎪⎫a -23b -c .又EB →=EA 1→+A 1A →+AB →=-23b -c +a =a -23b -c , 所以EF →=25EB →,所以E ,F ,B 三点共线.向量共面问题1.什么样的向量算是共面向量?[提示] 能够平移到同一个平面内的向量称为共面向量. 2.能说明P ,A ,B ,C 四点共面的结论有哪些? [提示] (1)存在有序实数对(x ,y ),使得AP →=xAB →+yAC →.(2)空间一点P 在平面ABC 内的充要条件是存在有序实数组(x ,y ,z )使得OP →=xOA →+yOB →+zOC →(其中x +y +z =1).(3)四点中任意两点的方向向量与另外两点的方向向量共线,如P A →∥BC →.3.已知向量a ,b ,c 不共面,且p =3a +2b +c ,m =a -b +c ,n =a +b -c ,试判断p ,m ,n 是否共面.[提示] 设p =x m +y n ,即3a +2b +c =x (a -b +c )+ y (a +b -c )=(x +y )a +(-x +y )b +(x -y )c .因为a ,b ,c 不共面,所以⎩⎨⎧x +y =3,-x +y =2,x -y =1,而此方程组无解,所以p 不能用m ,n 表示,即p ,m ,n 不共面.【例4】 已知A ,B ,C 三点不共线,O 为平面ABC 外一点,若点M 满足OM →=13OA →+13OB →+13OC →.(1)判断MA →,MB →,MC →三个向量是否共面; (2)判断M 是否在平面ABC 内.[思路探究] (1)根据向量共面的充要条件,即判断是否MA →=xMB →+yMC →;(2)根据(1)的结论,也可以利用OM →=xOA →+yOB →+zOC →中x +y +z 是否等于1.[解] (1)∵OA →+OB →+OC →=3OM →, ∴OA →-OM →=(OM →-OB →)+(OM →-OC →), ∴MA →=BM →+CM →=-MB →-MC →, ∴向量MA →,MB →,MC →共面.(2)由(1)知向量MA →,MB →,MC →共面,而它们有共同的起点M ,且A ,B ,C 三点不共线,∴M ,A ,B ,C 共面,即M 在平面ABC 内.1.[变条件]若把本例中条件“OM →=13OA →+13OB →+13OC →”改为“OA →+2OB →=6OP →-3OC →”,点P 是否与点A 、B 、C 共面.[解] ∵3OP →-3OC →=OA →+2OB →-3OP →=(OA →-OP →)+(2OB →-2OP →),∴3CP →=P A →+2PB →,即P A →=-2PB →-3PC →.根据共面向量定理的推论知:点P 与点A ,B ,C 共面.2.[变条件]若把本例条件变成“OP →+OC →=4OA →-OB →”,点P 是否与点A 、B 、C 共面.[解] 设OP →=OA →+xAB →+yAC →(x ,y ∈R ),则 OA →+xAB →+yAC →+OC →=4OA →-OB →,∴OA →+x (OB →-OA →)+y (OC →-OA →)+OC →=4OA →-OB →, ∴(1-x -y -4)OA →+(1+x )OB →+(1+y )OC →=0,由题意知OA →,OB →,OC →均为非零向量,所以x ,y 满足:⎩⎨⎧1-x -y -4=0,1+x =0,1+y =0,显然此方程组无解,故点P 与点A ,B ,C 不共面.3.[变解法]上面两个母题探究,还可以用什么方法判断? [解] (1)由题意知,OP →=16OA →+13OB →+12OC . ∵16+13+12=1,∴点P 与点A 、B 、C 共面. (2)∵OP →=4OA →-OB →-OC →,而4-1-1=2≠1. ∴点P 与点A 、B 、C 不共面.解决向量共面的策略(1)若已知点P 在平面ABC 内,则有AP →=xAB →+yAC →或OP →=xOA →+yOB →+zOC →(x +y +z =1),然后利用指定向量表示出已知向量,用待定系数法求出参数.(2)证明三个向量共面(或四点共面),需利用共面向量定理,证明过程中要灵活进行向量的分解与合成,将其中一个向量用另外两个向量来表示.1.一些特殊向量的特性(1)零向量不是没有方向,而是它的方向是任意的. (2)单位向量方向虽然不一定相同,但它们的长度都是1.(3)两个向量模相等,不一定是相等向量,反之,若两个向量相等,则它们不仅模相等,方向也相同.若两个向量模相等,方向相反,则它们为相反向量.2.OP →=OA →+xAB →+yAC →称为空间平面ABC 的向量表达式.由此可知空间中任意平面由空间一点及两个不共线向量唯一确定.3.证明(或判断)A ,B ,C 三点共线时,只需证明存在实数λ,使AB →=λBC →(或AB →=λAC →)即可,也可用“对空间任意一点O ,有OC →=tOA →+(1-t )OB →”来证明A ,B ,C 三点共线.4.空间一点P 位于平面MAB 内的充要条件是存在有序实数对(x ,y ),使MP →=xMA →+yMB →,满足这个关系式的点都在平面MAB 内;反之,平面MAB 内的任一点都满足这个关系式.这个充要条件常用于证明四点共面.5.直线的方向向量是指与直线平行或共线的非零向量,一条直线的方向向量有无穷多个,它们的方向相同或相反.6.向量p 与向量a ,b 共面的充要条件是在a 与b 不共线的前提下才成立的,若a 与b 共线,则不成立.1.下列条件中使M 与A ,B ,C 一定共面的是( ) A .OM →=2OA →-OB →-OC → B .OM →=15OA →+13OB →+12OC → C .MA →+MB →+MC →=0 D .OM →+OA →+OB →+OC →=0C [由MA →+MB →+MC →=0得MA →=-MB →-MC →,故M ,A ,B ,C 共面.] 2.已知正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1,若点F 是侧面CD 1的中心,且AF →=AD →+mAB→-nAA 1→,则m ,n 的值分别为( )A .12,-12 B .-12,-12 C .-12,12D .12,12A [由于AF →=AD →+DF →=AD →+12(DC →+DD 1→)=AD →+12AB →+12AA 1→,所以m =12,n =-12,故答案为A.]3.化简:12(a +2b -3c )+5⎝ ⎛⎭⎪⎫23a -12b +23c -3(a -2b +c )=________. 56a +92b -76c [原式=12a +b -32c +103a -52b +103c -3a +6b -3c =⎝ ⎛⎭⎪⎫12+103-3a +⎝ ⎛⎭⎪⎫1-52+6b +⎝ ⎛⎭⎪⎫-32+103-3c =56a +92b -76c .] 4.给出下列四个命题:①方向相反的两个向量是相反向量;②若a ,b 满足|a |>|b |且a ,b 同向,则a >b ; ③不相等的两个空间向量的模必不相等; ④对于任何向量a ,b ,必有|a +b |≤|a |+|b |. 其中正确命题的序号为________.④ [对于①,长度相等且方向相反的两个向量是相反向量,故①错;对于②,向量是不能比较大小的,故不正确;对于③,不相等的两个空间向量的模也可以相等,故③错;只有④正确.]5.设两非零向量e 1,e 2不共线,且k e 1+e 2与e 1+k e 2共线,求k 的值. [解] ∵两非零向量e 1,e 2不共线,且k e 1+e 2与e 1+k e 2共线,∴k e 1+e 2=t (e 1+k e 2),则(k -t )e 1+(1-tk )e 2=0.∵非零向量e 1,e 2不共线,∴k -t =0,1-kt =0,解得k =±1.1.1.2 空间向量的数量积运算学习 目 标核心 素 养1.掌握空间向量夹角的概念及表示方法.2.掌握空间向量的数量积的定义、性质、运算律及计算方法.(重点)3.掌握投影向量的概念.(重点)4.能用向量的数量积解决立体几何问题.(难点)1.通过学习空间向量的数量积运算,培养学生数学运算的核心素养.2.借助投影向量概念的学习,培养学生直观想象和逻辑推理的核心素养.3.借助利用空间向量数量积证明垂直关系、求夹角和距离运算,提升学生的逻辑推理和数学运算核心素养.已知两个非零向量a 与b ,在空间任取一点O ,作OA →=a ,OB →=b ,则∠AOB =θ叫做向量a 与b 的夹角.如果a 与b 的夹角为90°,则称a 与b 垂直,记作a ⊥b .已知两个非零向量a 与b ,它们的夹角为θ,把a ·b =|a ||b |cos θ叫做a 与b 的数量积(或内积)类比探究一下:两个空间向量的夹角以及它们的数量积能否像平面向量那样来定义呢?1.空间向量的夹角 (1)夹角的定义已知两个非零向量a ,b ,在空间任取一点O ,作OA →=a ,OB →=b ,则∠AOB 叫做向量a ,b 的夹角,记作〈a ,b 〉.(2)夹角的范围空间任意两个向量的夹角θ的取值范围是[0,π].特别地,当θ=0时,两向量同向共线;当θ=π时,两向量反向共线,所以若a ∥b ,则〈a ,b 〉=0或π;当〈a ,b 〉=π2时,两向量垂直,记作a ⊥b .2.空间向量的数量积(1)定义:已知两个非零向量a ,b ,则|a ||b |cos 〈a ,b 〉叫做a ,b 的数量积,记作a ·b .即a ·b =|a ||b |cos 〈a ,b 〉.规定:零向量与任何向量的数量积为0. (2)常用结论(a ,b 为非零向量) ①a ⊥b ⇔a ·b =0.②a ·a =|a ||a |cos 〈a ,a 〉=|a |2. ③cos 〈a ,b 〉=a ·b|a ||b |. (3)数量积的运算律(2)若a ·b >0,则〈a ,b 〉一定是锐角吗?[提示] (1)若a ·b =0,则不一定有a ⊥b ,也可能a =0或b =0.(2)当〈a ,b 〉=0时,也有a ·b >0,故当a ·b >0时,〈a ·b 〉不一定是锐角. 3.投影向量 (1)投影向量在空间,向量a 向向量b 投影,可以先将它们平移到同一个平面内,进而利用平面上向量的投影,得到与向量b 共线的向量c ,c =|a |cos 〈a ,b 〉b|b |,则向量c 称为向量a 在向量b 上的投影向量,同理向量b 在向量a 上的投影向量是|b |cos 〈a ,b 〉a|a |.(2)向量a 在平面β上的投影向量向量a 向平面β投影,就是分别由向量a 的起点A 和终点B 作平面β的垂线,垂足分别为A ′,B ′,得到向量A ′B ′→,则向量A ′B ′→称为向量a 在平面β上的投影向量.这时,向量a,A ′B ′→的夹角就是向量a 所在直线与平面β所成的角.[提醒] (1)两个向量的数量积是数量,而不是向量,它可以是正数、负数或零; (2)向量数量积的运算不满足消去律、作商和乘法的结合律 ,即a ·b =a ·c ⇒b =c ,a ·b =k ⇒b =k a ,(a ·b )·c =a ·(b·c )都不成立.1.思考辨析(正确的打“√”,错误的打“×”) (1)对于非零向量a ,b ,〈a ,b 〉与〈a ,-b 〉相等. ( ) (2)对于任意向量a ,b ,c ,都有(a ·b )c =a (b ·c ). ( ) (3)若a ·b =b ·c ,且b ≠0,则a =c . ( ) (4)(3a +2b )·(3a -2b )=9|a |2-4|b |2. ( )[提示] (1)× (2)× (3)× (4)√2.(教材P 8练习T 1改编)在正三棱柱ABC -A 1B 1C 1中,若AB =BB 1,则AB 1与BC 1所成角的余弦值为( )A .38B .14C .34D .18B [令底面边长为1,则高也为1,AB 1→=AB →+BB 1→,BC 1→=B C →+CC 1→,∴AB 1→·BC 1→=(AB →+BB 1→)·(BC →+CC 1→)=AB →·BC →+BB 1→·CC 1→=1×1×cos 120°+12=12,又|AB 1→|=|BC 1→|= 2.∴cos 〈AB 1,BC 1〉=122×2=14.故选B.]3.已知a =3p -2q ,b =p +q ,p 和q 是相互垂直的单位向量,则a·b =( ) A .1 B .2 C .3 D .4 A [由题意知,p·q =0,p 2=q 2=1.所以a ·b =(3p -2q )·(p +q )=3p 2+p ·q -2q 2=3-2=1.]4.设a ⊥b ,〈a ,c 〉=π3,〈b ,c 〉=π6,且|a |=1,|b |=2,|c |=3,则向量a +b +c 的模是________.17+63 [因为|a +b +c |2=(a +b +c )2=|a |2+|b |2+|c |2+2(a ·b +a ·c +b ·c )=1+4+9+2⎝ ⎛⎭⎪⎫0+1×3×12+2×3×32=17+63,所以|a +b +c |=17+6 3.]空间向量数量积的运算【例1】 (1)如图,三棱锥A -BCD 中,AB =AC =AD =2,∠BAD =90°,∠BAC=60°,则AB →·CD →等于( )A .-2B .2C .-2 3D .2 3(2)在四面体OABC 中,棱OA ,OB ,OC 两两垂直,且OA =1,OB =2,OC =3,G 为△ABC 的重心,求OG →·(OA →+OB →+OC →)的值.(1)A [∵CD →=AD →-AC →,∴AB →·CD →=AB →·(AD →-AC →)=AB →·AD →-AB →·AC →=0-2×2×cos 60°=-2.](2)[解] OG →=OA →+AG →=OA →+13(AB →+AC →) =OA →+13[(OB →-OA →)+(OC →-OA →)] =13OB →+13OC →+13OA →.∴OG →·(OA →+OB →+OC →)=⎝ ⎛⎭⎪⎫13OB →+13OC →+13OA →·(OA →+OB →+OC →)=13OB →2+13OC →2+13OA →2 =13×22+13×32+13×12=143.在几何体中求空间向量的数量积的步骤(1)首先将各向量分解成已知模和夹角的向量的组合形式.(2)利用向量的运算律将数量积展开,转化成已知模和夹角的向量的数量积. (3)根据向量的方向,正确求出向量的夹角及向量的模. (4)代入公式a·b =|a ||b |cos 〈a ,b 〉求解.[跟进训练]1.在长方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,AB =AA 1=2,AD =4,E 为侧面AA 1B 1B 的中心,F 为A 1D 1的中点,求下列向量的数量积:(1)BC →·ED 1→;(2)BF →·AB 1→.[解] 如图,设AB →=a ,AD →=b ,AA 1→=c ,则|a |=|c |=2,|b |=4,a·b =b·c =c·a =0.(1)BC →·ED 1→=BC →·(EA 1→+A 1D 1→)=b ·12(c -a )+b =|b |2=42=16.(2)BF →·AB 1→=(BA 1→+A 1F →)·(AB →+AA 1→)=c -a +12b ·(a +c )=|c |2-|a |2=22-22=0.利用数量积证明空间垂直关系=OC ,M ,N 分别是OA ,BC 的中点,G 是MN 的中点,求证:OG ⊥BC .[思路探究] 首先把向量OG →和BC →均用OA →、OB →、OC →表示出来,通过证明OG →·BC →=0来证得OG ⊥BC .[证明] 连接ON ,设∠AOB =∠BOC =∠AOC =θ,又设OA →=a ,OB →=b ,OC →=c , 则|a |=|b |=|c |. 又OG →=12(OM →+ON →) =12⎣⎢⎡⎦⎥⎤12OA →+12(OB →+OC →) =14(a +b +c ),BC →=c -b . ∴OG →·BC →=14(a +b +c )·(c -b ) =14(a ·c -a ·b +b ·c -b 2+c 2-b ·c ) =14(|a |2·cos θ-|a |2·cos θ-|a |2+|a |2)=0. ∴OG →⊥BC →,即OG ⊥BC .用向量法证明垂直关系的步骤 (1)把几何问题转化为向量问题; (2)用已知向量表示所证向量;(3)结合数量积公式和运算律证明数量积为0; (4)将向量问题回归到几何问题.[跟进训练]2.如图,四棱锥P -ABCD 中,底面ABCD 为平行四边形,∠DAB =60°,AB =2AD ,PD ⊥底面ABCD .证明:P A ⊥BD .[证明] 由底面ABCD 为平行四边形,∠DAB =60°,AB =2AD 知,DA ⊥BD ,则BD →·DA →=0.由PD ⊥底面ABCD 知,PD ⊥BD ,则BD →·PD →=0.又P A →=PD →+DA →,∴P A →·BD →=(PD →+DA →)·BD →=PD →·BD →+DA →·BD →=0,即P A ⊥BD .夹角问题夹角〈a ,b 〉为( )A .30°B .45°C .60°D .以上都不对(2)如图,在空间四边形OABC 中,OA =8,AB =6,AC =4,BC =5,∠OAC =45°,∠OAB =60°,求异面直线OA 与BC 的夹角的余弦值.[思路探究] (1)根据题意,构造△ABC ,使AB →=c ,AC →=b ,BC →=a ,根据△ABC 三边之长,利用余弦定理求出向量a 与b 之间的夹角即可.(2)求异面直线OA 与BC 所成的角,首先来求OA →与BC →的夹角,但要注意异面直线所成角的范围是⎝ ⎛⎦⎥⎤0,π2,而向量夹角的取值范围为[0,π],注意角度的转化.(1)D [∵a +b +c =0,|a |=2,|b |=3,|c |=4, ∴以这三个向量首尾相连组成△ABC ;令AB →=c ,AC →=b ,BC →=a ,则△ABC 三边之长分别为BC =2,CA =3,AB =4; 由余弦定理,得:cos ∠BCA =BC 2+CA 2-AB 22BC ·CA =22+32-422×2×3=-14, 又向量BC →和CA →是首尾相连,∴这两个向量的夹角是180°-∠BCA , ∴cos 〈a ,b 〉=14,即向量a 与b 之间的夹角〈a ,b 〉不是特殊角.](2)[解] ∵BC →=AC →-AB →,∴OA →·BC →=OA →·AC →-OA →·AB →=|OA →|·|AC →|·cos 〈OA →,AC →〉-|OA →|·|AB →|·cos 〈OA →,AB →〉=8×4×cos 135°-8×6×cos 120° =24-16 2.∴cos 〈OA →,BC →〉=OA →·BC →|OA →|·|BC →|=24-1628×5=3-225,∴异面直线OA 与BC 的夹角的余弦值为3-225.利用向量数量积求夹角问题的思路(1)求两个向量的夹角有两种方法:①结合图形,平移向量,利用空间向量夹角的定义来求,但要注意向量夹角的范围;②先求a ·b ,再利用公式cos 〈a ,b 〉=a ·b|a ||b |求出cos 〈a ,b 〉的值,最后确定〈a ,b 〉的值.(2)求两条异面直线所成的角,步骤如下:①根据题设条件在所求的异面直线上取两个向量(即直线的方向向量); ②将异面直线所成角的问题转化为向量夹角问题; ③利用数量积求向量夹角的余弦值或角的大小;④异面直线所成的角为锐角或直角,利用向量数量积求向量夹角的余弦值时应将余弦值加上绝对值,从而求出异面直线所成的角的大小.[跟进训练]3.如图,在正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,求BC 1→与AC →夹角的大小.[解] 不妨设正方体的棱长为1,则BC 1→·AC →=(BC →+CC 1→)·(AB →+BC →) =(AD →+AA 1→)·(AB →+AD →)=AD →·AB →+AD →2+AA 1→·AB →+AA 1→·AD → =0+AD 2→+0+0=AD 2→=1, 又∵|BC 1→|=2,|AC →|=2,∴cos 〈BC 1→,AC →〉=BC 1→·AC →|BC 1→||AC →|=12×2=12.∵〈BC 1→,AC →〉∈[0,π],∴〈BC 1→,AC →〉=π3. 即BC 1→与AC →夹角的大小为π3.距离问题1.用数量积解决的距离问题一般有哪几种? [提示] 线段长度即点点距、点线距、点面距. 2.求模的大小常用哪些公式?[提示] 由公式|a |=a ·a 可以推广为|a ±b |=(a ±b )2=a 2±2a ·b +b 2.3.如图,已知线段AB ⊥平面α,BC ⊂α,CD ⊥BC ,DF ⊥平面α,且∠DCF =30°,D 与A 在平面α的同侧,若AB =BC =CD =2,试求A ,D 两点间的距离.[提示] ∵AD →=AB →+BC →+CD →,∴|AD →|2=(AB →+BC →+CD →)2=|AB →|2+|BC →|2+|CD →|2+2AB →·BC →+2AB →·CD +2BC →·CD →=12+2(2·2·cos 90°+2·2·cos 120°+2·2·cos 90°)=8,∴|AD →|=22,即A ,D 两点间的距离为2 2.【例4】 如图所示,在平行四边形ABCD 中,AB =AC =1,∠ACD =90°,沿着它的对角线AC 将△ACD 折起,使AB 与CD 成60°角,求此时B ,D 间的距离.[思路探究] BD →=BA →+AC →+CD →―→|BD →|2 注意对〈BA →,CD →〉的讨论,再求出B ,D 间距离.[解] ∵∠ACD =90°,∴AC →·CD =0,同理可得AC →·BA →=0.∵AB 与CD 成60°角,∴〈BA →,CD →〉=60°或〈BA →,CD →〉=120°.又BD →=BA →+AC →+CD →,∴|BD →|2=|BA →|2+|AC →|2+|CD →|2+2BA →·AC →+2BA →·CD →+2AC →·CD →=3+2×1×1×cos 〈BA →,CD →〉.∴当〈BA →,CD →〉=60°时,|BD →|2=4,此时B ,D 间的距离为2;当〈BA →,CD →〉=120°时,|BD →|2=2,此时B ,D 间的距离为 2.求两点间的距离或线段长的方法(1)将相应线段用向量表示,通过向量运算来求对应向量的模.(2)因为a ·a =|a |2,所以|a |=a·a ,这是利用向量解决距离问题的基本公式.另外,该公式还可以推广为|a ±b |=(a ±b )2=a 2±2a ·b +b 2.(3)可用|a ·e |=|a ||cos θ|(e 为单位向量,θ为a ,e 的夹角)来求一个向量在另一个向量所在直线上的投影.[跟进训练]4.如图所示,在平面角为120°的二面角α-AB -β中,AC ⊂α,BD ⊂β,且AC ⊥AB ,BD ⊥AB ,垂足分别为A ,B .已知AC =AB =BD =6,求线段CD 的长.[解] ∵AC ⊥AB ,BD ⊥AB ,∴CA →·AB →=0,BD →·AB →=0.∵二面角α-AB -β的平面角为120°,∴〈CA →,BD →〉=180°-120°=60°. ∴CD →2=(CA →+AB →+BD →)2=CA →2+AB →2+BD →2+2CA →·AB →+2CA →·BD →+2BD →·AB →=3×62+2×62×cos 60°=144,∴CD =12.1.空间两向量的数量积与平面向量的数量积类似,由于数量积不满足结合律,因此在进行数量积运算时,一次、二次式与实数运算相同,运算公式也相同,三次及以上必须按式中的运算顺序依次进行运算.2.空间向量数量积运算的两种方法(1)利用定义:利用a ·b =|a ||b |cos 〈a ,b 〉并结合运算律进行计算.(2)利用图形:计算两个向量的数量积,可先将各向量移到同一顶点,利用图形寻找夹角,再代入数量积公式进行运算.3.在几何体中求空间向量数量积的步骤(1)首先将各向量分解成已知模和夹角的向量的组合形式.(2)利用向量的运算律将数量积展开,转化为已知模和夹角的向量的数量积. (3)代入a ·b =|a ||b |cos 〈a ,b 〉求解.4.空间向量中求两向量夹角与平面向量中的求法完全相同,都是应用公式cos 〈a ,b 〉=a·b |a |·|b |,解题的关键就是求a ·b 和|a |、|b |.求模时注意|a |2=a ·a 的应用.1.如图,空间四边形ABCD 的每条边和对角线的长都等于1,E ,F ,G 分别是AB ,AD ,DC 的中点,则FG →·AB →=( )A .34B .14C .12D .32B [由题意可得FG →=12AC →,∴FG →·AB →=12×1×1×cos 60°=14.]2.已知两异面直线的方向向量分别为a ,b ,且|a |=|b |=1,a·b =-12,则两直线的夹角为( )A .30°B .60°C .120°D .150°B [设向量a ,b 的夹角为θ,则cos θ=a·b|a ||b |=-12,所以θ=120°,则两个方向向量对应的直线的夹角为180°-120°=60°.]3.在空间四边形ABCD 中,AB →·CD →+BC →·AD →+CA →·BD →=________. 0 [原式=AB →·CD →+BC →·AD →+CA →·(AD →-AB →) =AB →·(CD →-CA →)+AD →·(BC →+CA →) =AB →·AD →+AD →·BA →=0.]4.如图所示,在一个直二面角α-AB -β的棱上有两点A ,B ,AC ,BD 分别是这个二面角的两个面内垂直于AB 的线段,且AB =4,AC =6,BD =8,则CD 的长为________.229 [∵CD →=CA →+AB →+BD →=AB →-AC →+BD →, ∴CD →2=(AB →-AC →+BD →)2=AB →2+AC →2+BD →2-2AB →·AC →+2AB →·BD →-2AC →·BD →=16+36+64=116, ∴|CD →|=229.]5.如图,已知空间四边形ABCD 的每条边和对角线的长都等于a ,点M ,N 分别是边AB ,CD 的中点.(1)求证:MN 为AB 和CD 的公垂线; (2)求MN 的长;(3)求异面直线AN 与MC 所成角的余弦值. [解] 设AB →=p ,AC →=q ,AD →=r .由题意,可知|p |=|q|=|r|=a ,且p ,q ,r 三向量两两夹角均为60°. (1)证明:MN →=AN →-AM →=12(AC →+AD →)-12AB → =12(q +r -p ), ∴MN →·AB →=12(q +r -p )·p =12(q ·p +r ·p -p 2)=12(a 2·cos 60°+a 2·cos 60°-a 2)=0 ∴MN ⊥AB ,同理可证MN ⊥CD . ∴MN 为AB 与CD 的公垂线. (2)由(1)可知MN →=12(q +r -p ),∴|MN →|2=(MN →)2=14(q +r -p )2=14[q 2+r 2+p 2+2(q ·r -q·p -r ·p )]=14(a 2+a 2+a 2+2⎝ ⎛⎭⎪⎫a 22-a 22-a 22]=14×2a 2=a 22.∴|MN →|=22a , ∴MN 的长度为22a .(3)设向量AN →与MC →的夹角为θ,∵AN →=12(AC →+AD →)=12(q +r ),MC →=AC →-AM →=q -12p , ∴AN →·MC →=12(q +r )·⎝ ⎛⎭⎪⎫q -12p =12⎝ ⎛⎭⎪⎫q 2-12q ·p +r·q -12r ·p =12⎝ ⎛⎭⎪⎫a 2-12a 2·cos 60°+a 2cos 60°-12a 2·cos 60° =12⎝ ⎛⎭⎪⎫a 2-a 24+a 22-a 24=a 22. 又∵|AN →|=|MC →|=32a ,∴AN →·MC →=|AN →|·|MC →|·cos θ=32a·32a ·cos θ=a 22. ∴cos θ=23.∴向量AN →与MC →的夹角的余弦值为23. 从而异面直线AN 与MC 所成角的余弦值为23.1.2 空间向量基本定理学 习 目 标核 心 素 养1.了解空间向量基本定理及其意义.2.掌握空间向量的正交分解.(难点)3.掌握在简单问题中运用空间三个不共面的向量作为基底表示其他向量的方法.(重点)1.通过基底概念的学习,培养学生数学抽象的核心素养.2.借助基底的判断及应用,提升逻辑推理、直观想象及数学运算的核心素养.(1)共面向量定理:如果两个向量a 、b 不共线,则向量p 与向量a 、b 共面的充要条件是存在实数对(x ,y ),使得p =x a +y b .(2)共面向量定理的推论:空间一点P 在平面MAB 内的充要条件是存在有序实数对(x ,y ),使得MP →=xMA →+yMB →,或对于空间任意一定点O ,有OP →=xOM →+yOA →+zOB →(x +y +z =1).今天我们将对平面向量基本定理加以推广,应用上面的几个公式我们可以解决与四点共面有关的问题,得出空间向量基本定理.1.空间向量基本定理如果三个向量a ,b ,c 不共面,那么对任意一个空间向量p ,存在唯一的有序实数组(x ,y ,z ),使得p =x a +y b +z c .。

新教材 人教A版高中数学选择性必修第一册全册各章节课后练习题 含解析

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选择性必修第一册全册课后练习题本文档还有大量公式,在网页中显示可能会出现位置错误的情况,下载后均可正常显示,请放心下载练习!第一章空间向量与立体几何................................................................................................ - 2 -1.1.1空间向量及其线性运算......................................................................................... - 2 -1.1.2空间向量的数量积运算......................................................................................... - 8 -1.2空间向量基本定理.................................................................................................. - 15 -1.3.1空间直角坐标系 .................................................................................................. - 22 -1.3.2空间运算的坐标表示........................................................................................... - 28 -1.4.1.1空间向量与平行关系 ....................................................................................... - 34 -1.4.1.2空间向量与垂直关系 ....................................................................................... - 42 -1.4.2用空量研究距离、夹角问题............................................................................... - 51 -章末测验 ....................................................................................................................... - 64 - 第二章直线和圆的方程...................................................................................................... - 78 -2.1.1倾斜角与斜率 ...................................................................................................... - 78 -2.1.2两条直线平行和垂直的判定............................................................................... - 83 -2.2.1直线的点斜式方程............................................................................................... - 87 -2.2.2直线的两点式方程............................................................................................... - 92 -2.2.3直线的一般式方程............................................................................................... - 97 -2.3.1两条直线的交点坐标......................................................................................... - 102 -2.3.2两点间的距离公式............................................................................................. - 102 -2.3.3点到直线的距离公式......................................................................................... - 107 -2.3.4两条平行直线间的距离..................................................................................... - 107 -2.4.1圆的标准方程 .................................................................................................... - 113 -2.4.2圆的一般方程 .................................................................................................... - 118 -2.5.1直线与圆的位置关系......................................................................................... - 122 -2.5.2圆与圆的位置关系............................................................................................. - 128 -章末测验 ..................................................................................................................... - 135 - 第三章圆锥曲线的方程.................................................................................................... - 144 -3.1.1椭圆及其标准方程............................................................................................. - 144 -3.1.2.1椭圆的简单几何性质 ..................................................................................... - 150 -3.1.2.2椭圆的标准方程及性质的应用...................................................................... - 156 -3.2.1双曲线及其标准方程......................................................................................... - 164 -3.2.2双曲线的简单几何性质..................................................................................... - 171 -3.3.1抛物线及其标准方程......................................................................................... - 178 -3.3.2抛物线的简单几何性质..................................................................................... - 184 -章末测验 ..................................................................................................................... - 191 - 模块综合测验 ..................................................................................................................... - 202 -第一章 空间向量与立体几何1.1.1空间向量及其线性运算一、选择题1.空间任意四个点A ,B ,C ,D ,则DA →+CD →-CB →等于( ) A .DB → B .AC → C .AB → D .BA → D [DA →+CD →-CB →=DA →+BD →=BA →.]2.设有四边形ABCD ,O 为空间任意一点,且AO →+OB →=DO →+OC →,则四边形ABCD 是( )A .平行四边形B .空间四边形C .等腰梯形D .矩形A [∵AO →+OB →=DO →+OC →,∴AB →=DC →. ∴AB →∥DC →且|AB →|=|DC →|. ∴四边形ABCD 为平行四边形.]3.已知A ,B ,C 三点不共线,对平面ABC 外的任一点O ,下列条件中能确定点M 与点A ,B ,C 一定共面的是( )A .OM →=OA →+OB →+OC → B .OM →=2OA →-OB →-OC → C .OM →=OA →+12OB →+13OC →D .OM →=13OA →+13OB →+13OC → D [由OM →=13OA →+13OB →+13OC →,可得3OM →=OA →+OB →+OC →⇒OM →-OA →+OM →-OB →+OM →-OC →=0, 即AM →=-BM →-CM →.所以AM →与BM →,CM →在一个平面上,即点M 与点A ,B ,C 一定共面.] 4.若空间中任意四点O ,A ,B ,P 满足OP →=mOA →+nOB →,其中m +n =1,则( )A .P ∈AB B .P ∉ABC .点P 可能在直线AB 上D .以上都不对A [因为m +n =1,所以m =1-n , 所以OP →=(1-n )OA →+nOB →, 即OP →-OA →=n (OB →-OA →), 即AP →=nAB →,所以AP →与AB →共线. 又AP →,AB →有公共起点A ,所以P ,A ,B 三点在同一直线上, 即P ∈AB .]5.已知在长方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,点E 是A 1C 1的中点, 点F 是AE 的三等分点,且AF =12EF ,则AF →=( )A .AA 1→+12AB →+12AD → B .12AA 1→+12AB →+12AD →C .12AA 1→+16AB →+16AD → D .13AA 1→+16AB →+16AD →D [如图所示,AF →=13AE →,AE →=AA 1→+A 1E →,A 1E →=12A 1C 1→,A 1C 1→=A 1B 1→+A 1D 1→,A 1B 1→=AB →,A 1D 1→=AD →,所以AF →=13⎝ ⎛⎭⎪⎫AA 1→+12A 1C 1→=13AA 1→+16AB →+16AD →,故选D.]二、填空题6.已知A ,B ,C 三点不共线,O 为平面ABC 外一点,若由OM →=-2OA →+OB →+λOC →确定的点M 与A ,B ,C 共面,则λ=________.2 [由M 、A 、B 、C 四点共面知:-2+1+λ=1,即λ=2.]7.在平行六面体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,M 为AC 与BD 的交点,若A 1B 1→=a ,A 1D 1→=b ,A 1A →=c ,用a ,b ,c 表示D 1M →,则D 1M →=________.12a -12b +c [D 1M →=D 1D →+DM → =A 1A →+12(DA →+DC →) =c +12(-A 1D 1→+A 1B 1→) =12a -12b +c .]8.在空间四边形ABCD 中,E ,F 分别是AB ,CD 的中点,则EF →和AD →+BC →的关系是________.(填“平行”,“相等”或“相反”)平行 [设G 是AC 的中点,则EF →=EG →+GF →=12BC →+12AD →=12(AD →+BC →) 所以2EF →=AD →+BC →, 从而EF →∥(AD →+BC →).] 三、解答题9.如图,在空间四边形ABCD 中,G 为△BCD 的重心,E ,F 分别为边CD 和AD 的中点,试化简AG →+13BE →-12AC →,并在图中标出化简结果的向量.[解] ∵G 是△BCD 的重心,BE 是CD 边上的中线,∴GE →=13BE →.又12AC →=12(DC →-DA →)=12DC →-12DA →=DE →-DF →=FE →, ∴AG →+13BE →-12AC →=AG →+GE →-FE →=AF →(如图所示).10.在长方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,M 为DD 1的中点,点N 在AC 上,且AN ∶NC =2∶1,求证:A 1N →与A 1B →,A 1M →共面.[证明] ∵A 1B →=AB →-AA 1→, A 1M →=A 1D 1→+D 1M →=AD →-12AA 1→, AN →=23AC →=23(AB →+AD →), ∴A 1N →=AN →-AA 1→ =23(AB →+AD →)-AA 1→=23(AB →-AA 1→)+23(AD →-12AA 1→) =23A 1B →+23A 1M →, ∴A 1N →与A 1B →,A 1M →共面.11.(多选题)若A ,B ,C ,D 为空间不同的四点,则下列各式为零向量的是( ) A .AB →+2BC →+2CD →+DC → B .2AB →+2BC →+3CD →+3DA →+AC →C.AB →+CA →+BD →D.AB →-CB →+CD →-AD →BD [A 中,AB →+2BC →+2CD →+DC →=AB →+2BD →+DC →=AB →+BD →+BD →+DC →=AD →+BC →;B 中,2AB →+2BC →+3CD →+3DA →+AC →=2AC →+3CA →+AC →=0;C 中,AB →+CA →+BD →=AD →+CA →;D 中,AB →-CB →+CD →-AD →=AB →+BC →+CD →+DA →表示A →B →C →D →A 恰好形成一个回路,结果必为0.]12.(多选题)有下列命题,其中真命题的有( ) A .若AB →∥CD →,则A ,B ,C ,D 四点共线 B .若AB →∥AC →,则A ,B ,C 三点共线C .若e 1,e 2为不共线的非零向量,a =4e 1-25e 2,b =-e 1+110e 2,则a ∥b D .若向量e 1,e 2,e 3是三个不共面的向量,且满足等式k 1e 1+k 2e 2+k 3e 3=0,则k 1=k 2=k 3=0BCD [根据共线向量的定义,若AB →∥CD →,则AB ∥CD 或A ,B ,C ,D 四点共线,故A 错;因为AB →∥AC →且AB →,AC →有公共点A ,所以B 正确;由于a =4e 1-25e 2=-4-e 1+110e 2=-4b ,所以a ∥b ,故C 正确;易知D 也正确.]13.(一题两空)已知A ,B ,C 三点共线,则对空间任一点O ,若OA →=2OB →+μOC →,则μ=________;存在三个不为0的实数λ,m ,n ,使λOA →+mOB →+nOC →=0,那么λ+m +n 的值为________.-1 0 [由A 、B 、C 三点共线,∴2+μ=1,∴μ=-1,又由λOA →+mOB →+nOC →=0得OA →=-m λOB →-n λOC →由A ,B ,C 三点共线知-m λ-nλ=1,则λ+m +n =0.]14.设e 1,e 2是平面上不共线的向量,已知AB →=2e 1+k e 2,CB →=e 1+3e 2,CD →=2e 1-e 2,若A ,B ,D 三点共线,则实数k 为________.-8 [因为BD →=CD →-CB →=e 1-4e 2,AB →=2e 1+k e 2,又A ,B ,D 三点共线,由共线向量定理得12=-4k ,所以k =-8.]15.如图所示,已知四边形ABCD 是平行四边形,点P 是ABCD 所在平面外的一点,连接P A ,PB ,PC ,PD .设点E ,F ,G ,H 分别为△P AB ,△PBC ,△PCD ,△PDA 的重心.(1)试用向量方法证明E ,F ,G ,H 四点共面;(2)试判断平面EFGH 与平面ABCD 的位置关系,并用向量方法证明你的判断. [证明] (1)分别连接PE ,PF ,PG ,PH 并延长,交对边于点M ,N ,Q ,R ,连接MN ,NQ ,QR ,RM ,∵E ,F ,G ,H 分别是所在三角形的重心,∴M ,N ,Q ,R 是所在边的中点,且PE →=23PM →,PF →=23PN →,PG →=23PQ →,PH →=23PR →.由题意知四边形MNQR 是平行四边形,∴MQ →=MN →+MR →=(PN →-PM →)+(PR →-PM →)=32(PF →-PE →)+32(PH →-PE →)=32(EF →+EH →).又MQ →=PQ →-PM →=32PG →-32PE →=32EG →.∴EG →=EF →+EH →,由共面向量定理知,E ,F ,G ,H 四点共面.(2)平行.证明如下:由(1)得MQ →=32EG →,∴MQ →∥EG →, ∴EG →∥平面ABCD .又MN →=PN →-PM →=32PF →-32PE → =32EF →,∴MN →∥EF →. 即EF ∥平面ABCD . 又∵EG ∩EF =E ,∴平面EFGH 与平面ABCD 平行1.1.2空间向量的数量积运算一、选择题1.已知a ⊥b ,|a |=2,|b |=3,且(3a +2b )⊥(λa -b ),则λ等于( ) A .32 B .-32 C .±32 D .1A [∵a ⊥b ,∴a ·b =0,∵3a +2b ⊥λa -b ,∴(3a +2b )·(λa -b )=0, 即3λa 2+(2λ-3)a ·b -2b 2=0,∴12λ-18=0,解得λ=32.]2.已知空间四边形ABCD 的每条边和对角线的长都等于a ,点E ,F 分别是BC ,AD 的中点,则AE →·AF →的值为( )A .a 2B .12a 2C .14a 2D .34a 2C [AE →·AF →=12(AB →+AC →)·12AD →=14(AB →·AD →+AC →·AD →)=14⎝ ⎛⎭⎪⎫a ×a ×12+a ×a ×12=14a 2.]3.已知长方体ABCD -A 1B 1C 1D 1,则下列向量的数量积一定不为0的是( ) A .AD 1→·B 1C →B .BD 1→·AC →C .AB →·AD 1→ D .BD 1→·BC →D [对于选项A ,当四边形ADD 1A 1为正方形时,可得AD 1⊥A 1D ,而A 1D ∥B 1C ,可得AD 1⊥B 1C ,此时有AD 1→·B 1C →=0;对于选项B ,当四边形ABCD 为正方形时,AC ⊥BD ,易得AC ⊥平面BB 1D 1D ,故有AC ⊥BD 1,此时有BD 1→·AC →=0;对于选项C ,由长方体的性质,可得AB ⊥平面ADD 1A 1,可得AB ⊥AD 1,此时必有AB →·AD 1→=0;对于选项D ,由长方体的性质,可得BC ⊥平面CDD 1C 1,可得BC ⊥CD 1,△BCD 1为直角三角形,∠BCD 1为直角,故BC 与BD 1不可能垂直,即BD 1→·BC →≠0.故选D.]4.在棱长为a 的正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,向量BA 1→与向量AC →所成的角为( )A .60°B .150°C .90°D .120°D [BA 1→=BA →+AA 1→,|BA 1→|=2a ,AC →=A B →+AD →,|AC →|=2a .∴BA 1→·AC →=BA →·AB →+BA →·AD →+AA 1→·AB →+AA 1→·AD →=-a 2. ∴cos 〈BA 1→,AC →〉=-a 22a ·2a =-12.∴〈BA 1→,AC →〉=120°.]5.如图所示,在平行六面体ABCD -A ′B ′C ′D ′中,AB =1,AD =2,AA ′=3,∠BAD =90°,∠BAA ′=∠DAA ′=60°,则AC ′的长为( )A .13B .23C .33D .43B [∵AC ′→=AB →+BC →+CC ′→,∴AC ′→2=(AB →+BC →+CC ′→)2=AB →2+BC →2+CC ′→2+2(AB →·BC →+AB →·CC ′→+BC →·CC ′→) =12+22+32+2(0+1×3cos 60°+2×3cos 60°) =14+2×92=23,∴|AC ′→|=23,即AC ′的长为23.] 二、填空题6.已知a ,b 是空间两个向量,若|a |=2,|b |=2,|a -b |=7,则cos 〈a ,b 〉=________.18[将|a -b |=7两边平方,得(a -b )2=7. 因为|a |=2,|b |=2,所以a ·b =12.又a ·b =|a ||b |cos 〈a ,b 〉,故cos 〈a ,b 〉=18.]7.已知a ,b 是异面直线,A ,B ∈a ,C ,D ∈b ,AC ⊥b ,BD ⊥b ,且AB =2,CD =1,则a ,b 所成的角是________.60° [AB →=AC →+CD →+DB →,∴CD →·AB →=CD →·(AC →+CD →+DB →)=|CD →|2=1, ∴cos 〈CD →,AB →〉=CD →·AB →|CD →||AB →|=12,∴异面直线a ,b 所成角是60°.]8.已知|a |=2,|b |=1,〈a ,b 〉=60°,则使向量a +λb 与λa -2b 的夹角为钝角的实数λ的取值范围是________.(-1-3,-1+3) [由题意知 ⎩⎨⎧(a +λb )·(λa -2b )<0,cos 〈a +λb ,λa -2b 〉≠-1. 即⎩⎨⎧(a +λb )·(λa -2b )<0,(a +λb )·(λa -2b )≠-|a +λb ||λa -2b |,得λ2+2λ-2<0.∴-1-3<λ<-1+ 3.] 三、解答题9.如图,在四棱锥P -ABCD 中,底面ABCD 是边长为1的正方形,侧棱P A 的长为2,且P A 与AB 、AD 的夹角都等于60°,M 是PC 的中点,设AB →=a ,AD →=b ,AP →=c .(1)试用a ,b ,c 表示出向量BM →; (2)求BM 的长.[解] (1)∵M 是PC 的中点,∴BM →=12(BC →+BP →)=12[AD →+(AP →-AB →)] =12[b +(c -a )]=-12a +12b +12c .(2)由于AB =AD =1,P A =2,∴|a |=|b |=1,|c |=2,由于AB ⊥AD ,∠P AB =∠P AD =60°,∴a·b =0,a·c =b·c =2·1·cos 60°=1, 由于BM →=12(-a +b +c ),|BM →|2=14(-a +b +c )2=14[a 2+b 2+c 2+2(-a·b -a·c +b·c )]=14[12+12+22+2(0-1+1)]=32.∴|BM →|=62,∴BM 的长为62.10.如图,已知直三棱柱ABC -A ′B ′C ′中,AC =BC =AA ′,∠ACB =90°,D ,E 分别为AB ,BB ′的中点.(1)求证:CE ⊥A ′D ;(2)求异面直线CE 与AC ′所成角的余弦值. [解] (1)证明:设CA →=a ,CB →=b ,CC ′→=c , 根据题意得|a |=|b |=|c |,且a·b =b·c =c·a =0. ∴CE →=b +12c ,A ′D →=-c +12b -12a .∴CE →·A ′D →=⎝ ⎛⎭⎪⎫b +12c ·⎝ ⎛⎭⎪⎫-c +12b -12a =-12c 2+12b 2=0, ∴CE →⊥A ′D →,即CE ⊥A ′D .(2)∵AC ′→=-a +c ,∴|AC ′→|=2|a |,|CE →|=52|a |, ∵AC ′→·CE →=(-a +c )·⎝ ⎛⎭⎪⎫b +12c =12c 2=12|a |2, ∴cos 〈AC ′→,CE →〉=12|a |22×52|a |2=1010.∴异面直线CE 与AC ′所成角的余弦值为1010.11.(多选题)在正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,下列命题正确的有( ) A .(AA 1→+AD →+AB →)2=3AB →2 B .A 1C →·(A 1B 1→-A 1A →)=0 C .AD 1→与A 1B →的夹角为60° D .正方体的体积为|AB →·AA 1→·AD →|AB [如图,(AA 1→+AD →+AB →)2=(AA 1→+A 1D 1→+D 1C 1→)2=AC 1→2=3AB →2;A 1C →·(A 1B 1→-A 1A →)=A 1C →·AB 1→=0;AD 1→与A 1B →的夹角是D 1C →与D 1A →夹角的补角,而D 1C →与D 1A →的夹角为60°,故AD 1→与A 1B →的夹角为120°;正方体的体积为|AB →||AA 1→||AD →|.故选AB.]12.已知正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1的棱长为1,若E 是底面正方形A 1B 1C 1D 1的中心, 则AC 1→与CE →( )A .重合B .平行但不重合C .垂直D .无法确定C [AC 1→=AB →+AD →+AA 1→,CE →=CC 1→+C 1E →=AA 1→-12(AB →+AD →),于是AC 1→·CE →=(AB →+AD →+AA 1→)·⎣⎢⎡⎦⎥⎤AA 1-12(AB →+AD →)=AB →·AA 1→-12AB →2-12AB →·AD →+AD →·AA 1→-12AD →·AB →-12AD →2+AA 1→2-12AA 1→·AB →-12AA 1→·AD →=0-12-0+0-0-12+1-0-0=0,故AC 1→⊥CE →.]13.(一题两空)如图,在长方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,设AD =AA 1=1,AB =2,P 是C 1D 1的中点,则B 1C →·A 1P →=________,B 1C →与A 1P →所成角的大小为________.1 60° [法一:连接A 1D ,则∠P A 1D 就是B 1C →与A 1P →所成角.连接PD ,在△P A 1D 中,易得P A 1=DA 1=PD =2,即△P A 1D 为等边三角形,从而∠P A 1D =60°,即B 1C →与A 1P →所成角的大小为60°.因此B 1C →·A 1P →=2×2×cos 60°=1.法二:根据向量的线性运算可得B 1C →·A 1P →=(A 1A →+AD →)·⎝⎛⎭⎪⎫AD →+12AB →=AD →2=1. 由题意可得P A 1=B 1C =2,则2×2×cos 〈B 1C →,A 1P →〉=1,从而〈B 1C →,A 1P →〉=60°.]14.已知在正四面体D -ABC 中,所有棱长都为1,△ABC 的重心为G ,则DG 的长为________.63 [如图,连接AG 并延长交BC 于点M ,连接DM ,∵G 是△ABC 的重心,∴AG =23AM ,∴AG →=23AM →,DG →=DA →+AG →=DA →+23AM →=DA →+23(DM →-DA →)=DA →+23⎣⎢⎡⎦⎥⎤12(DB →+DC →)-DA →=13(DA →+DB →+DC →),而(DA →+DB →+DC →)2=DA →2+DB →2+DC →2+2DA →·DB →+2DB →·DC →+2DC →·DA →=1+1+1+2(cos 60°+cos 60°+cos 60°)=6,∴|DG →|=63.]15.如图,正四面体V -ABC 的高VD 的中点为O ,VC 的中点为M .(1)求证:AO ,BO ,CO 两两垂直;(2)求〈DM →,AO →〉.[解] (1)证明:设VA →=a ,VB →=b ,VC →=c ,正四面体的棱长为1, 则VD →=13(a +b +c ),AO →=16(b +c -5a ), BO →=16(a +c -5b ),CO →=16(a +b -5c ),所以AO →·BO →=136(b +c -5a )·(a +c -5b )=136(18a ·b -9|a |2)=136(18×1×1×cos 60°-9)=0,所以AO →⊥BO →,即AO ⊥BO .同理,AO ⊥CO ,BO ⊥CO . 所以AO ,BO ,CO 两两垂直.(2)DM →=DV →+VM →=-13(a +b +c )+12c =16(-2a -2b +c ),所以|DM →|=⎣⎢⎡⎦⎥⎤16(-2a -2b +c )2=12. 又|AO →|=⎣⎢⎡⎦⎥⎤16(b +c -5a )2=22,DM →·AO →=16(-2a -2b +c )·16(b +c -5a )=14, 所以cos 〈DM →,AO →〉=1412×22=22. 又〈DM →,AO →〉∈[0,π], 所以〈DM →,AO →〉=π4.1.2空间向量基本定理一、选择题1.若向量{a ,b ,c }是空间的一个基底,则一定可以与向量p =2a +b ,q =2a-b 构成空间的另一个基底的向量是( )A .aB .bC .cD .a +bC [由p =2a +b ,q =2a -b 得a =14p +14q ,所以a 、p 、q 共面,故a 、p 、q 不能构成空间的一个基底,排除A ;因为b =12p -12q ,所以b 、p 、q 共面,故b 、p 、q 不能构成空间的一个基底,排除B ;因为a +b =34p -14q ,所以a +b 、p 、q 共面,故a +b 、p 、q 不能构成空间的一个基底,排除D.]2.在平行六面体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,M 是上底面对角线AC 与BD 的交点,若A 1B 1→=a ,A 1D 1→=b ,A 1A →=c ,则B 1M →可表示为( )A .12a +12b +cB .12a -12b +cC .-12a -12b +cD .-12a +12b +cD [由于B 1M →=B 1B →+BM →=B 1B →+12(BA →+BC →) =-12a +12b +c ,故选D.]3.若向量MA →,MB →,MC →的起点M 与终点A ,B ,C 互不重合,且点M ,A ,B ,C 中无三点共线,满足下列关系(O 是空间任一点),则能使向量MA →,MB →,MC →成为空间一个基底的关系是( )A .OM →=13OA →+13OB →+13OC → B .MA →≠MB →+MC → C .OM →=OA →+OB →+OC →D .MA →=2MB →-MC →C [若MA →,MB →,MC →为空间一组基向量,则M ,A ,B ,C 四点不共面.选项A 中,因为13+13+13=1,所以点M ,A ,B ,C 共面;选项B 中,MA →≠MB →+MC →,但可能存在实数λ,μ使得MA →=λMB →+μMC →,所以点M ,A ,B ,C 可能共面;选项D 中,四点M ,A ,B ,C 显然共面.故选C.]4.空间四边形OABC 中,OA →=a ,OB →=b ,OC →=c ,点M 在OA 上,且OM →=2MA →,N 为BC 中点,则MN →为( )A .12a -23b +12cB .-23a +12b +12cC .12a +12b -23cD .23a +23b -12cB [MN →=MA →+AB →+BN →=13OA →+OB →-OA →+12(OC →-OB →)=-23OA →+12OB →+12OC →=-23a +12b +12c .]5.平行六面体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,向量AB →,AD →,AA 1→两两的夹角均为60°且|AB →|=1,|AD →|=2,|AA 1→|=3,则|AC 1→|等于( )A .5B .6C .4D .8A [在平行六面体ABCD -A 1B 1C 1D 1中有,AC 1→=AB →+AD →+CC 1→=AB →+AD →+AA 1→所以有|AC 1→|=|AB →+AD →+AA 1→|,于是有|AC 1→|2=|AB →+AD →+AA 1→|2=|AB →|2+|AD →|2+|AA 1→|2+2|AB →|·|AD →|·cos 60°+2|AB →|·|AA 1→|·cos 60°+2|AD →||AA 1→|·cos 60°=25,所以|AC 1→|=5.]二、填空题6.在四面体OABC 中,OA →=a ,OB →=b ,OC →=c ,D 为BC 的中点,E 为AD 的中点,则OE →=________.(用a ,b ,c 表示)12a +14b +14c [因为在四面体OABC 中,OA →=a ,OB →=b ,OC →=c ,D 为BC 的中点,E 为AD 的中点,所以OE →=12(OA →+OD →)=12OA →+12OD →=12a +12×12(OB →+OC →)=12a +14(b +c )=12a +14b +14c .]7.已知{a ,b ,c }是空间的一个单位正交基底,{a +b ,a -b ,c }是空间的另一个基底,若向量m 在基底{a ,b ,c }下表示为m =3a +5b +9c ,则m 在基底{a +b ,a -b,3c }下可表示为________.4(a +b )-(a -b )+3(3c ) [由题意知,m =3a +5b +9c ,设m =x (a +b )+y (a -b )+z (3c )则有⎩⎨⎧ x +y =3x -y =53z =9,解得⎩⎨⎧x =4y =-1z =3.则m 在基底{a +b ,a -b,3c }可表示为m =4(a +b )-(a -b )+3(3c ).] 8.在四棱锥P -ABCD 中,ABCD 为平行四边形,AC 与BD 交于O ,G 为BD 上一点,BG =2GD ,P A →=a ,PB →=b ,PC →=c ,试用基底{a ,b ,c }表示向量PG →=________.23a -13b +23c [因为BG =2GD ,所以BG →=23BD →. 又BD →=BA →+BC →=P A →-PB →+PC →-PB →=a +c -2b , 所以PG →=PB →+BG →=b +23(a +c -2b ) =23a -13b +23c .] 三、解答题9.如图所示,正方体OABC -O ′A ′B ′C ′,且OA →=a ,OC →=b ,OO ′→=c .(1)用a ,b ,c 表示向量OB ′→,AC ′→;(2)设G ,H 分别是侧面BB ′C ′C 和O ′A ′B ′C ′的中心,用a ,b ,c 表示GH →.[解] (1)OB ′→=OB →+BB ′→=OA →+OC →+OO ′→=a +b +c . AC ′→=AC →+CC ′→=AB →+AO →+AA ′→=OC →+OO ′→-OA →=b +c -a . (2)法一:连接OG ,OH (图略), 则GH →=GO →+OH →=-OG →+OH → =-12(OB ′→+OC →)+12(OB ′→+OO ′→) =-12(a +b +c +b )+12(a +b +c +c ) =12(c -b ).法二:连接O ′C (图略),则GH →=12CO ′→=12(OO ′→-OC →) =12(c -b ).10.如图,在平行六面体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,MA →=-13AC →,ND →=13A 1D →,设AB →=a ,AD →=b ,AA 1→=c ,试用a ,b ,c 表示MN →.[解] 连接AN ,则MN →=MA →+AN →.由已知可得四边形ABCD 是平行四边形,从而可得 AC →=AB →+AD →=a +b , MA →=-13AC →=-13(a +b ), 又A 1D →=AD →-AA 1→=b -c ,故AN →=AD →+DN →=AD →-ND →=AD →-13A 1D →=b -13(b -c ), 所以MN →=MA →+AN → =-13(a +b )+b -13(b -c ) =13(-a +b +c ).11.(多选题)已知a ,b ,c 是不共面的三个向量,则下列向量组中,不能构成一个基底的一组向量是( )A .2a ,a -b ,a +2bB .2b ,b -a ,b +2aC .a,2b ,b -cD .c ,a +c ,a -cABD [对于A ,因为2a =43(a -b )+23(a +2b ),得2a 、a -b 、a +2b 三个向量共面,故它们不能构成一个基底;对于B ,因为2b =43(b -a )+23(b +2a ),得2b 、b -a 、b +2a 三个向量共面,故它们不能构成一个基底;对于C ,因为找不到实数λ、μ,使a =λ·2b +μ(b -c )成立,故a 、2b 、b -c 三个向量不共面,它们能构成一个基底;对于D ,因为c =12(a +c )-12(a -c ),得c 、a +c 、a -c 三个向量共面,故它们不能构成一个基底,故选ABD.]12.(多选题)给出下列命题,正确命题的有( )A .若{a ,b ,c }可以作为空间的一个基底,d 与c 共线,d ≠0,则{a ,b ,d }也可以作为空间的一个基底B .已知向量a ∥b ,则a ,b 与任何向量都不能构成空间的一个基底C .A ,B ,M ,N 是空间四点,若BA →,BM →,BN →不能构成空间的一个基底,则A ,B ,M ,N 四点共面D .已知{a ,b ,c }是空间的一个基底,若m =a +c ,则{a ,b ,m }也是空间的一个基底ABCD [根据基底的概念,知空间中任何三个不共面的向量都可作为空间的一个基底.显然B 正确.C 中由BA →,BM →,BN →不能构成空间的一个基底,知BA →,BM →,BN →共面.又BA →,BM →,BN →过相同点B ,知A ,B ,M ,N 四点共面.所以C 正确.下面证明AD 正确:A 假设d 与a ,b 共面,则存在实数λ,μ,使得d =λa +μb ,∵d 与c 共线,c ≠0,∴存在实数k ,使得d =k c .∵d ≠0,∴k ≠0,从而c =λk a +μk b ,∴c 与a ,b 共面,与条件矛盾,∴d 与a ,b 不共面.同理可证D 也是正确的.于是ABCD 四个命题都正确,故选ABCD.]13.(一题两空)已知空间的一个基底{a ,b ,c },m =a -b +c ,n =x a +y b +c ,若m 与n 共线,则x =________,y =________.1 -1 [因为m 与n 共线, 所以存在实数λ,使m =λn ,即a -b +c =λx a +λy b +λc ,于是有⎩⎨⎧1=λx ,-1=λy ,1=λ,解得⎩⎨⎧x =1,y =-1.]14.(一题多空)已知e 1,e 2是空间单位向量,e 1·e 2=12.若空间向量b 满足b ·e 1=2,b ·e 2=52,且对于任意x ,y ∈R ,|b -(x e 1+y e 2)|≥|b -(x 0e 1+y 0e 2)|=1(x 0,y 0∈R ),则x 0=________,y 0=________,|b |=________.1 2 22 [由题意可令b =x 0e 1+y 0e 2+e 3,其中|e 3|=1,e 3⊥e i ,i =1,2.由b ·e 1=2得x 0+y 02=2,由b ·e 2=52得x 02+y 0=52,解得x 0=1,y 0=2,∴|b |=(e 1+2e 2+e 3)2=2 2.]15.在平行六面体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,设AB →=a ,AD →=b ,AA 1→=c ,E ,F 分别是AD 1,BD 的中点.(1)用向量a ,b ,c 表示D 1B →,EF →;(2)若D 1F →=x a +y b +z c ,求实数x ,y ,z 的值. [解] (1)如图,D 1B →=D 1D →+DB →=-AA 1→+AB →-AD →=a -b -c ,EF →=EA →+AF →=12D 1A →+12AC →=-12(AA 1→+AD →)+12(AB →+AD →)=12(a -c ). (2)D 1F →=12(D 1D →+D 1B →)=12(-AA 1→+AB →-AD 1→) =12(-AA 1→+AB →-AD →-DD 1→) =12(a -c -b -c )=12a -12b -c , ∴x =12,y =-12,z =-1.1.3.1空间直角坐标系一、选择题1.空间两点A ,B 的坐标分别为(x ,-y ,z ),(-x ,-y ,-z ),则A ,B 两点的位置关系是( )A .关于x 轴对称B .关于y 轴对称C .关于z 轴对称D .关于原点对称B [纵坐标相同,横坐标和竖坐标互为相反数,故两点关于y 轴对称.] 2.已知A (1,2,-1),B (5,6,7),则直线AB 与平面xOz 交点的坐标是( ) A .(0,1,1) B .(0,1,-3)C .(-1,0,3)D .(-1,0,-5)D [设直线AB 与平面xoz 交点坐标是M (x ,y ,z ),则AM →=(x -1,-2,z +1),AB →=(4,4,8),又AM →与AB →共线,∴AM →=λAB →,即⎩⎨⎧x -1=4λ,-2=4λ,z +1=8λ,解得x =-1,z =-5,∴点M (-1,0,-5).故选D.]3.设A (3,3,1),B (1,0,5),C (0,1,0),则AB 的中点M 到点C 的距离|CM |=( ) A .534 B .532 C .532D .132 C [M ⎝ ⎛⎭⎪⎫2,32,3 ,|CM |=4+⎝ ⎛⎭⎪⎫32-12+9=532.] 4.如图,在空间直角坐标系中,正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1的棱长为1,B 1E =14A 1B 1,则BE →等于( )A .⎝ ⎛⎭⎪⎫0,14,-1B .⎝ ⎛⎭⎪⎫-14,0,1C .⎝ ⎛⎭⎪⎫0,-14,1D .⎝ ⎛⎭⎪⎫14,0,-1C [{DA →,DC →,DD 1→}为单位正交向量,BE →=BB 1→+B 1E →=-14DC →+DD 1→,∴BE →=⎝ ⎛⎭⎪⎫0,-14,1.] 5.设{i ,j ,k }是单位正交基底,已知向量p 在基底{a ,b ,c }下的坐标为(8,6,4),其中a =i +j ,b =j +k ,c =k +i ,则向量p 在基底{i ,j ,k }下的坐标是( )A .(12,14,10)B .(10,12,14)C .(14,12,10)D .(4,3,2)A [依题意,知p =8a +6b +4c =8(i +j )+6(j +k )+4(k +i )=12i +14j +10k ,故向量p 在基底{i ,j ,k }下的坐标是(12,14,10).]二、填空题6.在空间直角坐标系中,已知点P (1,2,3),过点P 作平面yOz 的垂线PQ ,则垂足Q 的坐标为________.(0,2,3) [过P 的垂线PQ ⊥面yOz ,则Q 点横坐标为0,其余不变,故Q (0,2,3).]7.设{e 1,e 2,e 3}是空间向量的一个单位正交基底,a =4e 1-8e 2+3e 3,b =-2e 1-3e 2+7e 3,则a ,b 的坐标分别为________.(4,-8,3),(-2,-3,7) [由题意可知a =(4,-8,3),b =(-2,-3,7).] 8.如图所示,以长方体ABCD -A 1B 1C 1D 1的顶点D 为坐标原点,过D 的三条棱所在的直线为坐标轴,建立空间直角坐标系,若DB 1→的坐标为(4,3,2),则AC 1→的坐标为________.(-4,3,2) [由DB 1→=DA →+DC →+DD 1→,且DB 1→=(4,3,2),∴|DA →|=4,|DC →|=3,|DD 1→|=2,又AC 1→=-DA →+DC →+DD 1→,∴AC 1→=(-4,3,2).]三、解答题9.已知三棱柱ABC -A 1B 1C 1中,侧棱AA 1⊥底面ABC ,所有的棱长都是1,建立适当的坐标系,并写出各点的坐标.[解] 如图所示,取AC 的中点O 和A 1C 1的中点O 1,可得BO ⊥AC ,OO 1⊥AC ,分别以OB ,OC ,OO 1所在直线为x 轴、y 轴、z 轴建立空间直角坐标系.∵三棱柱各棱长均为1,∴OA =OC =O 1C 1=O 1A 1=12,OB =32. ∵A ,B ,C 均在坐标轴上,∴A ⎝ ⎛⎭⎪⎫0,-12,0,B ⎝ ⎛⎭⎪⎫32,0,0,C ⎝ ⎛⎭⎪⎫0,12,0.∵点A 1与C 1在yOz 平面内, ∴A 1⎝ ⎛⎭⎪⎫0,-12,1,C 1⎝ ⎛⎭⎪⎫0,12,1.∵点B 1在xOy 平面内的射影为B ,且BB 1=1,∴B 1⎝ ⎛⎭⎪⎫32,0,1,即各点的坐标为A ⎝ ⎛⎭⎪⎫0,-12,0,B ⎝ ⎛⎭⎪⎫32,0,0,C ⎝ ⎛⎭⎪⎫0,12,0,A 1⎝ ⎛⎭⎪⎫0,-12,1,B 1⎝ ⎛⎭⎪⎫32,0,1,C 1⎝ ⎛⎭⎪⎫0,12,1. 10.棱长为1的正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,E ,F ,G 分别为棱DD 1,D 1C 1,BC 的中点,以{AB →,AD →,AA 1→}为正交基底,求下列向量的坐标:(1)AE →,AF →,AG →; (2)EF →,EG →,DG →.[解] 在正交基底{AB →,AD →,AA 1→}下,(1)AF →=12AB →+AD →+AA 1→, AE →=AD →+12AA 1→,AG →=AB →+12AD →,∴AE →=⎝ ⎛⎭⎪⎫0,1,12,AF →=⎝ ⎛⎭⎪⎫12,1,1,AG →=⎝ ⎛⎭⎪⎫1,12,0.(2)EF →=AF →-AE →=12AB →+12AA 1→,∴EF →=⎝ ⎛⎭⎪⎫12,0,12;EG →=AG →-AE →=AB →-12AD →-12AA 1→,∴EG →=⎝ ⎛⎭⎪⎫1,-12,-12;DG →=AG →-AD →=AB→-12AD →,∴DG →=⎝ ⎛⎭⎪⎫1,-12,0.11.(多选题)下列各命题正确的是( ) A .点(1,-2,3)关于平面xOz 的对称点为(1,2,3) B .点⎝ ⎛⎭⎪⎫12,1,-3关于y 轴的对称点为⎝ ⎛⎭⎪⎫-12,1,3C .点(2,-1,3)到平面yOz 的距离为1D .设{i ,j ,k }是空间向量的单位正交基底,若m =3i -2j +4k ,则m =(3,-2,4).ABD [“关于谁对称谁不变”,∴A 正确,B 正确,C 中(2,-1,3)到面yOz 的距离为2,∴C 错误.根据空间向量的坐标定义,D 正确.]12.在棱长为1的正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,P 为正方体内一动点(包括表面),若AP →=xAB →+yAD →+zAA 1→,且0≤x ≤y ≤z ≤1.则点P 所有可能的位置所构成的几何体的体积是( )A .1B .12C .13D .16D [根据向量加法的几何意义和空间向量基本定理,满足0≤x ≤y ≤1的点P 在三棱柱ACD -A 1C 1D 1内;满足0≤y ≤z ≤1的点P 在三棱柱AA 1D 1-BB 1C 1内,故同时满足0≤x ≤y ≤1,0≤y ≤z ≤1的点P 在这两个三棱柱的公共部分(如图),即三棱锥A -A 1C 1D 1,其体积是13×12×1×1×1=16.]13.三棱锥P -ABC 中,∠ABC 为直角,PB ⊥平面ABC ,AB =BC =PB =1,M为PC 的中点,N 为AC 的中点,以{BA →,BC →,BP →}为基底,则MN →的坐标为________.⎝ ⎛⎭⎪⎫12,0,-12 [MN →=BN →-BM → =12(BA →+BC →)-12(BP →+BC →) =12BA →-12BP →, 故MN →=⎝ ⎛⎭⎪⎫12,0,-12.] 14.已知O 是坐标原点,点A (2,0,-2),B (3,1,2),C (2,-1,7). (1)若点P 满足OP →=OA →+OB →+OC →,则点P 的坐标为________; (2)若点P 满足AP →=2AB →-AC →,则点P 的坐标为________.(1)(7,0,7) (2)(4,3,-3) [(1)中OP →=OA →+OB →+OC →=(2i -2k )+(3i +j +2k )+(2i -j +7k )=7i +0j +7k ,∴P (7,0,7).(2)中,AP →=2AB →-AC →得OP →-OA →=2OB →-2OA →-OC →+OA →,∴OP →=2OB →-OC →=2(3i +j +2k )-(2i -j +7k ) =4i +3j -3k ,∴P (4,3,-3).]15.如图,在正四棱锥P -ABCD 中,底面ABCD 是边长为1的正方形,O 是AC 与BD 的交点,PO =1,M 是PC 的中点.设AB →=a ,AD →=b ,AP →=c .(1)用向量a ,b ,c 表示BM →.(2)在如图的空间直角坐标系中,求BM →的坐标.[解] (1)∵BM →=BC →+CM →,BC →=AD →,CM →=12CP →,CP →=AP →-AC →,AC →=AB →+AD →,∴BM →=AD →+12(AP →-AC →)=AD →+12AP →-12(AB →+AD →)=-12AB →+12AD →+12AP →=-12a +12b +12c .(2)a =AB →=(1,0,0),b =AD →=(0,1,0).∵A (0,0,0),O ⎝ ⎛⎭⎪⎫12,12,0,P ⎝ ⎛⎭⎪⎫12,12,1,∴c =AP →=OP →-OA →=⎝ ⎛⎭⎪⎫12,12,1,∴BM →=-12a +12b +12c =-12(1,0,0)+12(0,1,0)+12⎝ ⎛⎭⎪⎫12,12,1=⎝ ⎛⎭⎪⎫-14,34,12.1.3.2空间运算的坐标表示一、选择题1.已知三点A (1,5,-2),B (2,4,1),C (a,3,b +2)在同一条直线上,那么( ) A .a =3,b =-3 B .a =6,b =-1 C .a =3,b =2D .a =-2,b =1C [根据题意AB →=(1,-1,3),AC →=(a -1,-2,b +4), ∵AB →与AC →共线,∴AC →=λAB →, ∴(a -1,-2,b +4)=(λ,-λ,3λ),∴⎩⎨⎧a -1=λ,-2=-λ,b +4=3λ,解得⎩⎨⎧a =3,b =2,λ=2.故选C.]2.已知a =(2,3,-4),b =(-4,-3,-2),b =12x -2a ,则x 等于( ) A .(0,3,-6) B .(0,6,-20) C .(0,6,-6)D .(6,6,-6)B [由题a =(2,3,-4),b =(-4,-3,-2),设x =(w ,y ,z )则由b =12x -2a ,可得(-4,-3,-2)=12(w ,y ,z )-2(2,3,-4)=⎝ ⎛⎭⎪⎫12w ,12y ,12z-(4,6,-8)=⎝ ⎛⎭⎪⎫12w -4,12y -6,12z +8,解得w =0,y =6,z =-20,即x =(0,6,-20).]3.已知向量a =(1,0,-1),则下列向量中与a 成60°夹角的是( ) A .(-1,1,0) B .(1,-1,0) C .(0,-1,1)D .(-1,0,1)B [不妨设向量为b =(x ,y ,z ),A .若b =(-1,1,0),则cos θ=a ·b |a |·|b |=-12×2=-12≠12,不满足条件. B .若b =(1,-1,0),则cos θ=a ·b |a |·|b |=12×2=12,满足条件. C .若b =(0,-1,1),则cos θ=a ·b |a |·|b |=-12×2=-12≠12,不满足条件. D .若b =(-1,0,1),则cos θ=a ·b |a |·|b |=-22×2=-1≠12,不满足条件.故选B.]4.已知向量a =(-2,x,2),b =(2,1,2),c =(4,-2,1),若a ⊥(b -c ),则x 的值为( )A .-2B .2C .3D .-3A [∵b -c =(-2,3,1),a ·(b -c )=4+3x +2=0,∴x =-2.]5.已知A 、B 、C 三点的坐标分别为A (4,1,3),B (2,-5,1),C (3,7,λ),若AB →⊥AC →,则λ等于( )A .28B .-28C .14D .-14D [AB →=(-2,-6,-2),AC →=(-1,6,λ-3),∵AB →⊥AC →,∴AB →·AC →=-2×(-1)-6×6-2(λ-3)=0,解得λ=-14.] 二、填空题6.已知a =(1,1,0),b =(0,1,1),c =(1,0,1),p =a -b ,q =a +2b -c ,则p ·q =________.-1 [∵p =a -b =(1,0,-1),q =a +2b -c =(0,3,1), ∴p ·q =1×0+0×3+(-1)×1=-1.]7.已知空间三点A (1,1,1),B (-1,0,4),C (2,-2,3),则AB →与CA →的夹角θ的大小是________.120° [AB →=(-2,-1,3),CA →=(-1,3,-2),cos 〈AB →,CA →〉=(-2)×(-1)+(-1)×3+3×(-2)14·14=-12,∴θ=〈AB →,CA →〉=120°.]8.如图,正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1的棱长为1,E 、F 分别是棱BC 、DD 1上的点,如果B 1E ⊥平面ABF ,则CE 与DF 的和的值为________.1 [以D 1A 1、D 1C 1、D 1D 分别为x ,y ,z 轴建立空间直角坐标系(图略),设CE =x ,DF =y ,则易知E (x,1,1),B 1(1,1,0),∴B 1E →=(x -1,0,1),又F (0,0,1-y ),B (1,1,1),∴FB →=(1,1,y ),由于AB ⊥B 1E ,若B 1E ⊥平面ABF ,只需FB →·B 1E →=(1,1,y )·(x -1,0,1)=0⇒x +y =1.] 三、解答题9.已知空间中三点A (-2,0,2),B (-1,1,2),C (-3,0,4),设a =AB →,b =AC →. (1)求向量a 与向量b 的夹角的余弦值;(2)若k a +b 与k a -2b 互相垂直,求实数k 的值.[解] (1)∵a =(1,1,0),b =(-1,0,2),∴a·b =(1,1,0)·(-1,0,2)=-1, 又|a |=12+12+02=2,|b |=(-1)2+02+22=5,∴cos 〈a ,b 〉=a ·b |a ||b |=-110=-1010,即向量a 与向量b 的夹角的余弦值为-1010.(2)法一:∵k a +b =(k -1,k,2),k a -2b =(k +2,k ,-4),且k a +b 与k a -2b 互相垂直,∴(k -1,k,2)·(k +2,k ,-4)=(k -1)(k +2)+k 2-8=0,∴k =2或k =-52, ∴当k a +b 与k a -2b 互相垂直时,实数k 的值为2或-52. 法二:由(1)知|a |=2,|b |=5,a·b =-1,∴(k a +b )·(k a -2b )=k 2a 2-k a ·b -2b 2=2k 2+k -10=0,得k =2或k =-52. 10.已知正三棱柱ABC -A 1B 1C 1,底面边长AB =2,AB 1⊥BC 1,点O ,O 1分别是边AC ,A 1C 1的中点,建立如图所示的空间直角坐标系.(1)求正三棱柱的侧棱长;(2)求异面直线AB 1与BC 所成角的余弦值. [解] (1)设正三棱柱的侧棱长为h ,由题意得A (0,-1,0),B (3,0,0),C (0,1,0),B 1(3,0,h ),C 1(0,1,h ), 则AB 1→=(3,1,h ),BC 1→=(-3,1,h ), 因为AB 1⊥BC 1,所以AB 1→·BC 1→=-3+1+h 2=0, 所以h = 2.(2)由(1)可知AB 1→=(3,1,2),BC →=(-3,1,0), 所以AB 1→·BC →=-3+1=-2.因为|AB 1→|=6,|BC →|=2,所以cos 〈AB 1→,BC →〉=-226=-66.所以异面直线AB 1与BC 所成角的余弦值为66.11.(多选题)若向量a =(1,2,0),b =(-2,0,1),则下列结论正确的是( )。

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人教A版高中数学选择性必修第一册全册学案第一章空间向量与立体几何........................................................................................................ - 2 -1.1空间向量及其运算......................................................................................................... - 2 -1.1.1空间向量及其线性运算...................................................................................... - 2 -1.1.2空间向量的数量积运算.................................................................................... - 16 -1.2空间向量基本定理....................................................................................................... - 29 -1.3空间向量及其运算的坐标表示................................................................................... - 38 -1.3.1空间直角坐标系................................................................................................ - 38 -1.3.2空间运算的坐标表示........................................................................................ - 46 -1.4空间向量的应用 .......................................................................................................... - 59 -1.4.1用空间向量研究直线、平面的位置关系........................................................ - 59 -第1课时空间向量与平行关系........................................................................ - 59 -第2课时空间向量与垂直关系........................................................................ - 69 -1.4.2用空量研究距离、夹角问题............................................................................ - 79 -章末总结 ............................................................................................................................... - 97 - 第二章直线和圆的方程............................................................................................................ - 113 -2.1直线的倾斜角与斜率................................................................................................. - 113 -2.1.1倾斜角与斜率 ................................................................................................. - 113 -2.1.2两条直线平行和垂直的判定.......................................................................... - 121 -2.2直线的方程 ................................................................................................................ - 131 -2.2.1直线点斜式方程.............................................................................................. - 131 -2.2.2直线的两点式方程.......................................................................................... - 137 -2.2.3直线的一般式方程.......................................................................................... - 145 -2.3直线的交点坐标与距离公式..................................................................................... - 154 -2.3.1两条直线的交点坐标...................................................................................... - 154 -2.3.2两点间的距离公式.......................................................................................... - 154 -2.3.3点到直线的距离公式...................................................................................... - 163 -2.3.4两条平行直线间的距离.................................................................................. - 163 -2.4圆的方程 .................................................................................................................... - 171 -2.4.1圆的标准方程 ................................................................................................. - 171 -2.4.2圆的一般方程 ................................................................................................. - 180 -2.5直线与圆、圆与圆的位置关系................................................................................. - 188 -2.5.1直线与圆的位置关系...................................................................................... - 188 -2.5.2圆与圆的位置关系.......................................................................................... - 199 -章末复习 ............................................................................................................................. - 208 - 第三章圆锥曲线的方程............................................................................................................ - 222 -3.1椭圆 ............................................................................................................................ - 222 -3.1.1椭圆及其标准方程.......................................................................................... - 222 -3.1.2椭圆的简单几何性质...................................................................................... - 234 -第1课时椭圆的简单几何性质...................................................................... - 234 -第2课时椭圆的标准方程及性质的应用...................................................... - 244 -3.2双曲线 ........................................................................................................................ - 256 -3.2.1双曲线及其标准方程...................................................................................... - 256 -3.2.2双曲线的简单几何性质.................................................................................. - 267 -3.3抛物线 ........................................................................................................................ - 281 -3.3.1抛物线及其标准方程...................................................................................... - 281 -3.3.2抛物线的简单几何性质.................................................................................. - 291 -章末复习 ............................................................................................................................. - 303 - 全书复习 ..................................................................................................................................... - 316 -第一章空间向量与立体几何1.1空间向量及其运算1.1.1空间向量及其线性运算学习目标核心素养1.理解空间向量的概念.(难点)2.掌握空间向量的线性运算.(重点)3.掌握共线向量定理、共面向量定理及推论的应用.(重点、难点) 1.通过空间向量有关概念的学习,培养学生的数学抽象核心素养.2.借助向量的线性运算、共线向量及共面向量的学习,提升学生的直观想象和逻辑推理的核心素养.国庆期间,某游客从上海世博园(O)游览结束后乘车到外滩(A)观赏黄浦江,然后抵达东方明珠(B)游玩,如图1,游客的实际位移是什么?可以用什么数学概念来表示这个过程?图1图2如果游客还要登上东方明珠顶端(D)俯瞰上海美丽的夜景,如图2,那么他实际发生的位移是什么?又如何表示呢?1.空间向量(1)定义:在空间,具有大小和方向的量叫做空间向量. (2)长度或模:空间向量的大小. (3)表示方法:①几何表示法:空间向量用有向线段表示;②字母表示法:用字母a ,b ,c ,…表示;若向量a 的起点是A ,终点是B ,也可记作:AB →,其模记为|a |或|AB →|.2.几类常见的空间向量名称方向 模 记法 零向量任意 0 0 单位向量任意 1 相反向量相反 相等 a 的相反向量:-a AB →的相反向量:BA → 相等向量 相同 相等 a =b3.(1)向量的加法、减法空间向量的运算 加法 OB →=OA →+OC →=a +b减法 CA →=OA →-OC →=a -b 加法运算律 ①交换律:a +b =b +a②结合律:(a +b )+c =a +(b +c )①定义:实数λ与空间向量a 的乘积λa 仍然是一个向量,称为向量的数乘运算.当λ>0时,λa 与向量a 方向相同;当λ<0时,λa 与向量a 方向相反;当λ=0时,λa =0;λa 的长度是a 的长度的|λ|倍.②运算律a .结合律:λ(μa )=μ(λa )=(λμ)a .b .分配律:(λ+μ)a =λa +μa ,λ(a +b )=λa +λb .思考:向量运算的结果与向量起点的选择有关系吗?[提示] 没有关系.4.共线向量(1)定义:表示若干空间向量的有向线段所在的直线互相平行或重合,则这些向量叫做共线向量或平行向量. (2)方向向量:在直线l 上取非零向量a ,与向量a 平行的非零向量称为直线l 的方向向量.规定:零向量与任意向量平行,即对任意向量a ,都有0∥a .(3)共线向量定理:对于空间任意两个向量a ,b (b ≠0),a ∥b 的充要条件是存在实数λ使a =λb .(4)如图,O 是直线l 上一点,在直线l 上取非零向量a ,则对于直线l 上任意一点P ,由数乘向量定义及向量共线的充要条件可知,存在实数λ,使得OP →=λa .5.共面向量(1)定义:平行于同一个平面的向量叫做共面向量. (2)共面向量定理:若两个向量a ,b 不共线,则向量p 与向量a ,b 共面的充要条件是存在唯一的有序实数对(x ,y ),使p =x a +y b .(3)空间一点P 位于平面ABC 内的充要条件:存在有序实数对(x ,y ), 使AP →=xAB →+yAC →或对空间任意一点O ,有OP →=OA →+xAB →+yAC →.思考:(1)空间中任意两个向量一定是共面向量吗?(2)若空间任意一点O 和不共线的三点A ,B ,C ,满足OP →=13OA →+13OB →+13OC →,则点P 与点A ,B ,C 是否共面?[提示] (1)空间中任意两个向量都可以平移到同一个平面内,成为同一个平面的两个向量,因此一定是共面向量.(2)由OP →=13OA →+13OB →+13OC →得OP →-OA →=13(OB →-OA →)+13(OC →-OA →)即AP →=13AB →+13AC →,因此点P 与点A ,B ,C 共面.1.思考辨析(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)空间向量a ,b ,c ,若a ∥b ,b ∥c ,则a ∥c .( ) (2)相等向量一定是共线向量.( ) (3)三个空间向量一定是共面向量.( ) (4)零向量没有方向.( )[提示] (1)× 若b =0时,a 与c 不一定平行.(2)√ 相等向量一定共线,但共线不一定相等.(3)× 空间两个向量一定是共面向量,但三个空间向量可能是共面的,也可以是不共面的.(4)× 零向量有方向,它的方向是任意的.2.如图所示,在四棱柱ABCD -A 1B 1C 1D 1所有的棱中,可作为直线A 1B 1的方向向量的有( )A .1个B .2个C .3个D .4个D [共四条AB ,A 1B 1,CD ,C 1D 1.]3.点C 在线段AB 上,且|AB |=5,|BC |=3,AB →=λBC →,则λ=________. -53 [因为C 在线段AB 上,所以AB →与BC →方向相反,又因|AB |=5,|BC |=3,故λ=-53.]4.在三棱锥A -BCD 中,若△BCD 是正三角形,E 为其中心,则AB →+12BC →-32DE →-AD →化简的结果为________.0 [延长DE 交边BC 于点F ,连接AF ,则有AB →+12BC →=AF →,32DE →+AD →=AD→+DF →=AF →,故AB →+12BC →-32DE →-AD →=0.]空间向量的有关概念①若|a |=|b |,则a =b 或a =-b ;②若向量a 是向量b 的相反向量,则|a |=|b |;③在正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,AC →=A 1C 1→;④若空间向量m ,n ,p 满足m =n ,n =p ,则m =p .其中正确命题的序号是________.(2)如图所示,在平行六面体ABCD -A ′B ′C ′D ′中,顶点连接的向量中,与向量AA ′→相等的向量有________;与向量A ′B ′→相反的向量有________.(要求写出所有适合条件的向量)(1)②③④ (2)BB ′→,CC ′→,DD ′→ B ′A ′→,BA →,CD →,C ′D ′→ [(1)对于①,向量a 与b 的方向不一定相同或相反,故①错;对于②,根据相反向量的定义知|a |=|b |,故②正确;对于③,根据相等向量的定义知,AC →=A 1C 1→,故③正确;对于④,根据相等向量的定义知正确.(2)根据相等向量的定义知,与向量AA ′→相等的向量有BB ′→,CC ′→,DD ′→.与向量A ′B ′→相反的向量有B ′A ′→,BA →,CD →,C ′D ′→.]解答空间向量有关概念问题的关键点及注意点(1)关键点:紧紧抓住向量的两个要素,即大小和方向.(2)注意点:注意一些特殊向量的特性.①零向量不是没有方向,而是它的方向是任意的,且与任何向量都共线,这一点说明了共线向量不具备传递性.②单位向量方向虽然不一定相同,但它们的长度都是1.③两个向量模相等,不一定是相等向量;反之,若两个向量相等,则它们不仅模相等,方向也相同.若两个向量模相等,方向相反,则它们为相反向量. [跟进训练]1.下列关于空间向量的命题中,正确命题的个数是( )①长度相等、方向相同的两个向量是相等向量;②平行且模相等的两个向量是相等向量;③若a ≠b ,则|a |≠|b |;④两个向量相等,则它们的起点与终点相同.A .0B .1C .2D .3B [根据向量的定义,知长度相等、方向相同的两个向量是相等向量,①正确;平行且模相等的两个向量可能是相等向量,也可能是相反向量,②不正确;当a =-b 时,也有|a |=|b |,③不正确;只要模相等、方向相同,两个向量就是相等向量,与向量的起点与终点无关,④不正确.综上可知只有①正确,故选B.]空间向量的线性运算 1111为向量AC 1→的有( )①(AB →+BC →)+CC 1→;②(AA 1→+A 1D 1→)+D 1C 1→;③(AB →+BB 1→)+B 1C 1→;④(AA 1→+A 1B 1→)+B 1C 1→.A .1个B .2个C .3个D .4个(2)已知正四棱锥P -ABCD ,O 是正方形ABCD 的中心,Q 是CD 的中点,求下列各式中x ,y ,z 的值.①OQ →=PQ →+yPC →+zP A →;②P A →=xPO →+yPQ →+PD →.[思路探究] (1)合理根据向量的三角形和平行四边形法则,以及在平行六面体中,体对角线向量等于从同一起点出发的三条棱向量的和.如AC 1→=AB →+AD →+AA 1→.(2)根据数乘向量及三角形或平行四边形法则求解.(1)D [对于①,(AB →+BC →)+CC 1→=AC →+CC 1→=AC 1→;对于②,(AA 1→+A 1D 1→)+D 1C 1→=AD 1→+D 1C 1→=AC 1→;对于③,(AB →+BB 1→)+B 1C 1→=AB 1→+B 1C 1→=AC 1→;对于④,(AA 1→+A 1B 1→)+B 1C 1→=AB 1→+B 1C 1→=AC 1→.](2)[解] ①如图,∵OQ →=PQ →-PO →=PQ →-12(P A →+PC →)=PQ →-12PC →-12P A →,∴y =z =-12.②∵O 为AC 的中点,Q 为CD 的中点,∴P A →+PC →=2PO →,PC →+PD →=2PQ →,∴P A →=2PO →-PC →,PC →=2PQ →-PD →,∴P A →=2PO →-2PQ →+PD →,∴x =2,y =-2.1.空间向量加法、减法运算的两个技巧(1)巧用相反向量:向量减法的三角形法则是解决空间向量加法、减法的关键,灵活运用相反向量可使向量首尾相接.(2)巧用平移:利用三角形法则和平行四边形法则进行向量加、减法运算时,务必注意和向量、差向量的方向,必要时可采用空间向量的自由平移获得运算结果.2.利用数乘运算进行向量表示的技巧(1)数形结合:利用数乘运算解题时,要结合具体图形,利用三角形法则、平行四边形法则,将目标向量转化为已知向量.(2)明确目标:在化简过程中要有目标意识,巧妙运用中点性质. [跟进训练] 2.已知空间四边形ABCD ,连接AC ,BD ,设M ,G 分别是BC ,CD 的中点,则MG →-AB →+AD →等于( )A .32DB → B .3MG →C .3GM →D .2MG →B [MG →-AB →+AD →=MG →-(AB →-AD →)=MG →-DB →=MG →+BD →=MG →+2MG →=3MG →.]共线问题【例3】 (1)设e 1,e 2是空间两个不共线的向量,已知AB =e 1+k e 2,BC =5e 1+4e 2,DC →=-e 1-2e 2,且A ,B ,D 三点共线,实数k =________.(2)如图所示,已知四边形ABCD ,ABEF 都是平行四边形且不共面,M ,N 分别是AC ,BF 的中点,判断CE →与MN →是否共线.[思路探究] (1)根据向量共线的充要条件求解.(2)根据数乘向量及三角形法则,把MN →表示成λCE →的形式,再根据向量共线的充要条件求解.(1)1 [AD →=AB →+BC →+CD →=(e 1+k e 2)+(5e 1+4e 2)+(e 1+2e 2)=7e 1+(k +6)e 2. 设AD →=λAB →,则7e 1+(k +6)e 2=λ(e 1+k e 2),所以⎩⎨⎧ λ=7λk =k +6,解得k =1.] (2)[解] 法一:因为M ,N 分别是AC ,BF 的中点,且四边形ABCD ,四边形ABEF 都是平行四边形,所以MN →=MA →+AF →+FN →=12CA →+AF →+12FB →.又因为MN →=MC →+CE →+EB →+BN →=-12CA →+CE →-AF →-12FB →,以上两式相加得CE →=2MN →,所以CE →∥MN →,即CE →与MN →共线.法二:因为四边形ABEF 为平行四边形,所以连接AE 时,AE 必过点N . ∴CE →=AE →-AC →=2AN →-2AM →=2(AN →-AM →)=2MN →.所以CE →∥MN →,即CE →与MN →共线.证明空间三点共线的三种思路对于空间三点P ,A ,B 可通过证明下列结论来证明三点共线.(1)存在实数λ,使P A →=λPB →成立.(2)对空间任一点O ,有OP →=OA →+tAB →(t ∈R ).(3)对空间任一点O ,有OP →=xOA →+yOB →(x +y =1).[跟进训练]3.如图,在正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,E 在A 1D 1上,且A 1E →=2ED 1→,F 在对角线A 1C 上,且A 1F →=23FC →.求证:E ,F ,B 三点共线.[证明] 设AB →=a ,AD →=b ,AA 1→=c , 因为A 1E →=2ED 1→,A 1F →=23FC →, 所以A 1E →=23A 1D 1→,A 1F →=25A 1C →, 所以A 1E →=23AD →=23b ,A 1F →=25(AC →-AA 1→)=25(AB →+AD →-AA 1→)=25a +25b -25c ,所以EF →=A 1F →-A 1E →=25a -415b -25c =25⎝ ⎛⎭⎪⎫a -23b -c .又EB →=EA 1→+A 1A →+AB →=-23b -c +a =a -23b -c , 所以EF →=25EB →,所以E ,F ,B 三点共线.向量共面问题1.什么样的向量算是共面向量?[提示] 能够平移到同一个平面内的向量称为共面向量. 2.能说明P ,A ,B ,C 四点共面的结论有哪些? [提示] (1)存在有序实数对(x ,y ),使得AP →=xAB →+yAC →.(2)空间一点P 在平面ABC 内的充要条件是存在有序实数组(x ,y ,z )使得OP →=xOA →+yOB →+zOC →(其中x +y +z =1).(3)四点中任意两点的方向向量与另外两点的方向向量共线,如P A →∥BC →.3.已知向量a ,b ,c 不共面,且p =3a +2b +c ,m =a -b +c ,n =a +b -c ,试判断p ,m ,n 是否共面.[提示] 设p =x m +y n ,即3a +2b +c =x (a -b +c )+ y (a +b -c )=(x +y )a +(-x +y )b +(x -y )c .因为a ,b ,c 不共面,所以⎩⎨⎧x +y =3,-x +y =2,x -y =1,而此方程组无解,所以p 不能用m ,n 表示,即p ,m ,n 不共面.【例4】 已知A ,B ,C 三点不共线,O 为平面ABC 外一点,若点M 满足OM →=13OA →+13OB →+13OC →.(1)判断MA →,MB →,MC →三个向量是否共面; (2)判断M 是否在平面ABC 内.[思路探究] (1)根据向量共面的充要条件,即判断是否MA →=xMB →+yMC →;(2)根据(1)的结论,也可以利用OM →=xOA →+yOB →+zOC →中x +y +z 是否等于1.[解] (1)∵OA →+OB →+OC →=3OM →, ∴OA →-OM →=(OM →-OB →)+(OM →-OC →), ∴MA →=BM →+CM →=-MB →-MC →, ∴向量MA →,MB →,MC →共面.(2)由(1)知向量MA →,MB →,MC →共面,而它们有共同的起点M ,且A ,B ,C 三点不共线,∴M ,A ,B ,C 共面,即M 在平面ABC 内.1.[变条件]若把本例中条件“OM →=13OA →+13OB →+13OC →”改为“OA →+2OB →=6OP →-3OC →”,点P 是否与点A 、B 、C 共面.[解] ∵3OP →-3OC →=OA →+2OB →-3OP →=(OA →-OP →)+(2OB →-2OP →),∴3CP →=P A →+2PB →,即P A →=-2PB →-3PC →.根据共面向量定理的推论知:点P 与点A ,B ,C 共面.2.[变条件]若把本例条件变成“OP →+OC →=4OA →-OB →”,点P 是否与点A 、B 、C 共面.[解] 设OP →=OA →+xAB →+yAC →(x ,y ∈R ),则 OA →+xAB →+yAC →+OC →=4OA →-OB →,∴OA →+x (OB →-OA →)+y (OC →-OA →)+OC →=4OA →-OB →, ∴(1-x -y -4)OA →+(1+x )OB →+(1+y )OC →=0,由题意知OA →,OB →,OC →均为非零向量,所以x ,y 满足:⎩⎨⎧1-x -y -4=0,1+x =0,1+y =0,显然此方程组无解,故点P 与点A ,B ,C 不共面.3.[变解法]上面两个母题探究,还可以用什么方法判断? [解] (1)由题意知,OP →=16OA →+13OB →+12OC . ∵16+13+12=1,∴点P 与点A 、B 、C 共面. (2)∵OP →=4OA →-OB →-OC →,而4-1-1=2≠1. ∴点P 与点A 、B 、C 不共面.解决向量共面的策略(1)若已知点P 在平面ABC 内,则有AP →=xAB →+yAC →或OP →=xOA →+yOB →+zOC →(x +y +z =1),然后利用指定向量表示出已知向量,用待定系数法求出参数.(2)证明三个向量共面(或四点共面),需利用共面向量定理,证明过程中要灵活进行向量的分解与合成,将其中一个向量用另外两个向量来表示.1.一些特殊向量的特性(1)零向量不是没有方向,而是它的方向是任意的. (2)单位向量方向虽然不一定相同,但它们的长度都是1.(3)两个向量模相等,不一定是相等向量,反之,若两个向量相等,则它们不仅模相等,方向也相同.若两个向量模相等,方向相反,则它们为相反向量.2.OP →=OA →+xAB →+yAC →称为空间平面ABC 的向量表达式.由此可知空间中任意平面由空间一点及两个不共线向量唯一确定.3.证明(或判断)A ,B ,C 三点共线时,只需证明存在实数λ,使AB →=λBC →(或AB →=λAC →)即可,也可用“对空间任意一点O ,有OC →=tOA →+(1-t )OB →”来证明A ,B ,C 三点共线.4.空间一点P 位于平面MAB 内的充要条件是存在有序实数对(x ,y ),使MP →=xMA →+yMB →,满足这个关系式的点都在平面MAB 内;反之,平面MAB 内的任一点都满足这个关系式.这个充要条件常用于证明四点共面.5.直线的方向向量是指与直线平行或共线的非零向量,一条直线的方向向量有无穷多个,它们的方向相同或相反.6.向量p 与向量a ,b 共面的充要条件是在a 与b 不共线的前提下才成立的,若a 与b 共线,则不成立.1.下列条件中使M 与A ,B ,C 一定共面的是( ) A .OM →=2OA →-OB →-OC → B .OM →=15OA →+13OB →+12OC → C .MA →+MB →+MC →=0 D .OM →+OA →+OB →+OC →=0C [由MA →+MB →+MC →=0得MA →=-MB →-MC →,故M ,A ,B ,C 共面.] 2.已知正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1,若点F 是侧面CD 1的中心,且AF →=AD →+mAB→-nAA 1→,则m ,n 的值分别为( )A .12,-12 B .-12,-12 C .-12,12D .12,12A [由于AF →=AD →+DF →=AD →+12(DC →+DD 1→)=AD →+12AB →+12AA 1→,所以m =12,n =-12,故答案为A.]3.化简:12(a +2b -3c )+5⎝ ⎛⎭⎪⎫23a -12b +23c -3(a -2b +c )=________. 56a +92b -76c [原式=12a +b -32c +103a -52b +103c -3a +6b -3c =⎝ ⎛⎭⎪⎫12+103-3a +⎝ ⎛⎭⎪⎫1-52+6b +⎝ ⎛⎭⎪⎫-32+103-3c =56a +92b -76c .] 4.给出下列四个命题:①方向相反的两个向量是相反向量;②若a ,b 满足|a |>|b |且a ,b 同向,则a >b ; ③不相等的两个空间向量的模必不相等; ④对于任何向量a ,b ,必有|a +b |≤|a |+|b |. 其中正确命题的序号为________.④ [对于①,长度相等且方向相反的两个向量是相反向量,故①错;对于②,向量是不能比较大小的,故不正确;对于③,不相等的两个空间向量的模也可以相等,故③错;只有④正确.]5.设两非零向量e 1,e 2不共线,且k e 1+e 2与e 1+k e 2共线,求k 的值. [解] ∵两非零向量e 1,e 2不共线,且k e 1+e 2与e 1+k e 2共线,∴k e 1+e 2=t (e 1+k e 2),则(k -t )e 1+(1-tk )e 2=0.∵非零向量e 1,e 2不共线,∴k -t =0,1-kt =0,解得k =±1.1.1.2 空间向量的数量积运算学习 目 标核心 素 养1.掌握空间向量夹角的概念及表示方法.2.掌握空间向量的数量积的定义、性质、运算律及计算方法.(重点)3.掌握投影向量的概念.(重点)4.能用向量的数量积解决立体几何问题.(难点)1.通过学习空间向量的数量积运算,培养学生数学运算的核心素养.2.借助投影向量概念的学习,培养学生直观想象和逻辑推理的核心素养.3.借助利用空间向量数量积证明垂直关系、求夹角和距离运算,提升学生的逻辑推理和数学运算核心素养.已知两个非零向量a 与b ,在空间任取一点O ,作OA →=a ,OB →=b ,则∠AOB =θ叫做向量a 与b 的夹角.如果a 与b 的夹角为90°,则称a 与b 垂直,记作a ⊥b .已知两个非零向量a 与b ,它们的夹角为θ,把a ·b =|a ||b |cos θ叫做a 与b 的数量积(或内积)类比探究一下:两个空间向量的夹角以及它们的数量积能否像平面向量那样来定义呢?1.空间向量的夹角 (1)夹角的定义已知两个非零向量a ,b ,在空间任取一点O ,作OA →=a ,OB →=b ,则∠AOB 叫做向量a ,b 的夹角,记作〈a ,b 〉.(2)夹角的范围空间任意两个向量的夹角θ的取值范围是[0,π].特别地,当θ=0时,两向量同向共线;当θ=π时,两向量反向共线,所以若a ∥b ,则〈a ,b 〉=0或π;当〈a ,b 〉=π2时,两向量垂直,记作a ⊥b .2.空间向量的数量积(1)定义:已知两个非零向量a ,b ,则|a ||b |cos 〈a ,b 〉叫做a ,b 的数量积,记作a ·b .即a ·b =|a ||b |cos 〈a ,b 〉.规定:零向量与任何向量的数量积为0. (2)常用结论(a ,b 为非零向量) ①a ⊥b ⇔a ·b =0.②a ·a =|a ||a |cos 〈a ,a 〉=|a |2. ③cos 〈a ,b 〉=a ·b|a ||b |. (3)数量积的运算律(2)若a ·b >0,则〈a ,b 〉一定是锐角吗?[提示] (1)若a ·b =0,则不一定有a ⊥b ,也可能a =0或b =0.(2)当〈a ,b 〉=0时,也有a ·b >0,故当a ·b >0时,〈a ·b 〉不一定是锐角. 3.投影向量 (1)投影向量在空间,向量a 向向量b 投影,可以先将它们平移到同一个平面内,进而利用平面上向量的投影,得到与向量b 共线的向量c ,c =|a |cos 〈a ,b 〉b|b |,则向量c 称为向量a 在向量b 上的投影向量,同理向量b 在向量a 上的投影向量是|b |cos 〈a ,b 〉a|a |.(2)向量a 在平面β上的投影向量向量a 向平面β投影,就是分别由向量a 的起点A 和终点B 作平面β的垂线,垂足分别为A ′,B ′,得到向量A ′B ′→,则向量A ′B ′→称为向量a 在平面β上的投影向量.这时,向量a,A ′B ′→的夹角就是向量a 所在直线与平面β所成的角.[提醒] (1)两个向量的数量积是数量,而不是向量,它可以是正数、负数或零; (2)向量数量积的运算不满足消去律、作商和乘法的结合律 ,即a ·b =a ·c ⇒b =c ,a ·b =k ⇒b =k a ,(a ·b )·c =a ·(b·c )都不成立.1.思考辨析(正确的打“√”,错误的打“×”) (1)对于非零向量a ,b ,〈a ,b 〉与〈a ,-b 〉相等. ( ) (2)对于任意向量a ,b ,c ,都有(a ·b )c =a (b ·c ). ( ) (3)若a ·b =b ·c ,且b ≠0,则a =c . ( ) (4)(3a +2b )·(3a -2b )=9|a |2-4|b |2. ( )[提示] (1)× (2)× (3)× (4)√2.(教材P 8练习T 1改编)在正三棱柱ABC -A 1B 1C 1中,若AB =BB 1,则AB 1与BC 1所成角的余弦值为( )A .38B .14C .34D .18B [令底面边长为1,则高也为1,AB 1→=AB →+BB 1→,BC 1→=B C →+CC 1→,∴AB 1→·BC 1→=(AB →+BB 1→)·(BC →+CC 1→)=AB →·BC →+BB 1→·CC 1→=1×1×cos 120°+12=12,又|AB 1→|=|BC 1→|= 2.∴cos 〈AB 1,BC 1〉=122×2=14.故选B.]3.已知a =3p -2q ,b =p +q ,p 和q 是相互垂直的单位向量,则a·b =( ) A .1 B .2 C .3 D .4 A [由题意知,p·q =0,p 2=q 2=1.所以a ·b =(3p -2q )·(p +q )=3p 2+p ·q -2q 2=3-2=1.]4.设a ⊥b ,〈a ,c 〉=π3,〈b ,c 〉=π6,且|a |=1,|b |=2,|c |=3,则向量a +b +c 的模是________.17+63 [因为|a +b +c |2=(a +b +c )2=|a |2+|b |2+|c |2+2(a ·b +a ·c +b ·c )=1+4+9+2⎝ ⎛⎭⎪⎫0+1×3×12+2×3×32=17+63,所以|a +b +c |=17+6 3.]空间向量数量积的运算【例1】 (1)如图,三棱锥A -BCD 中,AB =AC =AD =2,∠BAD =90°,∠BAC=60°,则AB →·CD →等于( )A .-2B .2C .-2 3D .2 3(2)在四面体OABC 中,棱OA ,OB ,OC 两两垂直,且OA =1,OB =2,OC =3,G 为△ABC 的重心,求OG →·(OA →+OB →+OC →)的值.(1)A [∵CD →=AD →-AC →,∴AB →·CD →=AB →·(AD →-AC →)=AB →·AD →-AB →·AC →=0-2×2×cos 60°=-2.](2)[解] OG →=OA →+AG →=OA →+13(AB →+AC →) =OA →+13[(OB →-OA →)+(OC →-OA →)] =13OB →+13OC →+13OA →.∴OG →·(OA →+OB →+OC →)=⎝ ⎛⎭⎪⎫13OB →+13OC →+13OA →·(OA →+OB →+OC →)=13OB →2+13OC →2+13OA →2 =13×22+13×32+13×12=143.在几何体中求空间向量的数量积的步骤(1)首先将各向量分解成已知模和夹角的向量的组合形式.(2)利用向量的运算律将数量积展开,转化成已知模和夹角的向量的数量积. (3)根据向量的方向,正确求出向量的夹角及向量的模. (4)代入公式a·b =|a ||b |cos 〈a ,b 〉求解.[跟进训练]1.在长方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,AB =AA 1=2,AD =4,E 为侧面AA 1B 1B 的中心,F 为A 1D 1的中点,求下列向量的数量积:(1)BC →·ED 1→;(2)BF →·AB 1→.[解] 如图,设AB →=a ,AD →=b ,AA 1→=c ,则|a |=|c |=2,|b |=4,a·b =b·c =c·a =0.(1)BC →·ED 1→=BC →·(EA 1→+A 1D 1→)=b ·12(c -a )+b =|b |2=42=16.(2)BF →·AB 1→=(BA 1→+A 1F →)·(AB →+AA 1→)=c -a +12b ·(a +c )=|c |2-|a |2=22-22=0.利用数量积证明空间垂直关系=OC ,M ,N 分别是OA ,BC 的中点,G 是MN 的中点,求证:OG ⊥BC .[思路探究] 首先把向量OG →和BC →均用OA →、OB →、OC →表示出来,通过证明OG →·BC →=0来证得OG ⊥BC .[证明] 连接ON ,设∠AOB =∠BOC =∠AOC =θ,又设OA →=a ,OB →=b ,OC →=c , 则|a |=|b |=|c |. 又OG →=12(OM →+ON →) =12⎣⎢⎡⎦⎥⎤12OA →+12(OB →+OC →) =14(a +b +c ),BC →=c -b . ∴OG →·BC →=14(a +b +c )·(c -b ) =14(a ·c -a ·b +b ·c -b 2+c 2-b ·c ) =14(|a |2·cos θ-|a |2·cos θ-|a |2+|a |2)=0. ∴OG →⊥BC →,即OG ⊥BC .用向量法证明垂直关系的步骤 (1)把几何问题转化为向量问题; (2)用已知向量表示所证向量;(3)结合数量积公式和运算律证明数量积为0; (4)将向量问题回归到几何问题.[跟进训练]2.如图,四棱锥P -ABCD 中,底面ABCD 为平行四边形,∠DAB =60°,AB =2AD ,PD ⊥底面ABCD .证明:P A ⊥BD .[证明] 由底面ABCD 为平行四边形,∠DAB =60°,AB =2AD 知,DA ⊥BD ,则BD →·DA →=0.由PD ⊥底面ABCD 知,PD ⊥BD ,则BD →·PD →=0.又P A →=PD →+DA →,∴P A →·BD →=(PD →+DA →)·BD →=PD →·BD →+DA →·BD →=0,即P A ⊥BD .夹角问题夹角〈a ,b 〉为( )A .30°B .45°C .60°D .以上都不对(2)如图,在空间四边形OABC 中,OA =8,AB =6,AC =4,BC =5,∠OAC =45°,∠OAB =60°,求异面直线OA 与BC 的夹角的余弦值.[思路探究] (1)根据题意,构造△ABC ,使AB →=c ,AC →=b ,BC →=a ,根据△ABC 三边之长,利用余弦定理求出向量a 与b 之间的夹角即可.(2)求异面直线OA 与BC 所成的角,首先来求OA →与BC →的夹角,但要注意异面直线所成角的范围是⎝ ⎛⎦⎥⎤0,π2,而向量夹角的取值范围为[0,π],注意角度的转化.(1)D [∵a +b +c =0,|a |=2,|b |=3,|c |=4, ∴以这三个向量首尾相连组成△ABC ;令AB →=c ,AC →=b ,BC →=a ,则△ABC 三边之长分别为BC =2,CA =3,AB =4; 由余弦定理,得:cos ∠BCA =BC 2+CA 2-AB 22BC ·CA =22+32-422×2×3=-14, 又向量BC →和CA →是首尾相连,∴这两个向量的夹角是180°-∠BCA , ∴cos 〈a ,b 〉=14,即向量a 与b 之间的夹角〈a ,b 〉不是特殊角.](2)[解] ∵BC →=AC →-AB →,∴OA →·BC →=OA →·AC →-OA →·AB →=|OA →|·|AC →|·cos 〈OA →,AC →〉-|OA →|·|AB →|·cos 〈OA →,AB →〉=8×4×cos 135°-8×6×cos 120° =24-16 2.∴cos 〈OA →,BC →〉=OA →·BC →|OA →|·|BC →|=24-1628×5=3-225,∴异面直线OA 与BC 的夹角的余弦值为3-225.利用向量数量积求夹角问题的思路(1)求两个向量的夹角有两种方法:①结合图形,平移向量,利用空间向量夹角的定义来求,但要注意向量夹角的范围;②先求a ·b ,再利用公式cos 〈a ,b 〉=a ·b|a ||b |求出cos 〈a ,b 〉的值,最后确定〈a ,b 〉的值.(2)求两条异面直线所成的角,步骤如下:①根据题设条件在所求的异面直线上取两个向量(即直线的方向向量); ②将异面直线所成角的问题转化为向量夹角问题; ③利用数量积求向量夹角的余弦值或角的大小;④异面直线所成的角为锐角或直角,利用向量数量积求向量夹角的余弦值时应将余弦值加上绝对值,从而求出异面直线所成的角的大小.[跟进训练]3.如图,在正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,求BC 1→与AC →夹角的大小.[解] 不妨设正方体的棱长为1,则BC 1→·AC →=(BC →+CC 1→)·(AB →+BC →) =(AD →+AA 1→)·(AB →+AD →)=AD →·AB →+AD →2+AA 1→·AB →+AA 1→·AD → =0+AD 2→+0+0=AD 2→=1, 又∵|BC 1→|=2,|AC →|=2,∴cos 〈BC 1→,AC →〉=BC 1→·AC →|BC 1→||AC →|=12×2=12.∵〈BC 1→,AC →〉∈[0,π],∴〈BC 1→,AC →〉=π3. 即BC 1→与AC →夹角的大小为π3.距离问题1.用数量积解决的距离问题一般有哪几种? [提示] 线段长度即点点距、点线距、点面距. 2.求模的大小常用哪些公式?[提示] 由公式|a |=a ·a 可以推广为|a ±b |=(a ±b )2=a 2±2a ·b +b 2.3.如图,已知线段AB ⊥平面α,BC ⊂α,CD ⊥BC ,DF ⊥平面α,且∠DCF =30°,D 与A 在平面α的同侧,若AB =BC =CD =2,试求A ,D 两点间的距离.[提示] ∵AD →=AB →+BC →+CD →,∴|AD →|2=(AB →+BC →+CD →)2=|AB →|2+|BC →|2+|CD →|2+2AB →·BC →+2AB →·CD +2BC →·CD →=12+2(2·2·cos 90°+2·2·cos 120°+2·2·cos 90°)=8,∴|AD →|=22,即A ,D 两点间的距离为2 2.【例4】 如图所示,在平行四边形ABCD 中,AB =AC =1,∠ACD =90°,沿着它的对角线AC 将△ACD 折起,使AB 与CD 成60°角,求此时B ,D 间的距离.[思路探究] BD →=BA →+AC →+CD →―→|BD →|2 注意对〈BA →,CD →〉的讨论,再求出B ,D 间距离.[解] ∵∠ACD =90°,∴AC →·CD =0,同理可得AC →·BA →=0.∵AB 与CD 成60°角,∴〈BA →,CD →〉=60°或〈BA →,CD →〉=120°.又BD →=BA →+AC →+CD →,∴|BD →|2=|BA →|2+|AC →|2+|CD →|2+2BA →·AC →+2BA →·CD →+2AC →·CD →=3+2×1×1×cos 〈BA →,CD →〉.∴当〈BA →,CD →〉=60°时,|BD →|2=4,此时B ,D 间的距离为2;当〈BA →,CD →〉=120°时,|BD →|2=2,此时B ,D 间的距离为 2.求两点间的距离或线段长的方法(1)将相应线段用向量表示,通过向量运算来求对应向量的模.(2)因为a ·a =|a |2,所以|a |=a·a ,这是利用向量解决距离问题的基本公式.另外,该公式还可以推广为|a ±b |=(a ±b )2=a 2±2a ·b +b 2.(3)可用|a ·e |=|a ||cos θ|(e 为单位向量,θ为a ,e 的夹角)来求一个向量在另一个向量所在直线上的投影.[跟进训练]4.如图所示,在平面角为120°的二面角α-AB -β中,AC ⊂α,BD ⊂β,且AC ⊥AB ,BD ⊥AB ,垂足分别为A ,B .已知AC =AB =BD =6,求线段CD 的长.[解] ∵AC ⊥AB ,BD ⊥AB ,∴CA →·AB →=0,BD →·AB →=0.∵二面角α-AB -β的平面角为120°,∴〈CA →,BD →〉=180°-120°=60°. ∴CD →2=(CA →+AB →+BD →)2=CA →2+AB →2+BD →2+2CA →·AB →+2CA →·BD →+2BD →·AB →=3×62+2×62×cos 60°=144,∴CD =12.1.空间两向量的数量积与平面向量的数量积类似,由于数量积不满足结合律,因此在进行数量积运算时,一次、二次式与实数运算相同,运算公式也相同,三次及以上必须按式中的运算顺序依次进行运算.2.空间向量数量积运算的两种方法(1)利用定义:利用a ·b =|a ||b |cos 〈a ,b 〉并结合运算律进行计算.(2)利用图形:计算两个向量的数量积,可先将各向量移到同一顶点,利用图形寻找夹角,再代入数量积公式进行运算.3.在几何体中求空间向量数量积的步骤(1)首先将各向量分解成已知模和夹角的向量的组合形式.(2)利用向量的运算律将数量积展开,转化为已知模和夹角的向量的数量积. (3)代入a ·b =|a ||b |cos 〈a ,b 〉求解.4.空间向量中求两向量夹角与平面向量中的求法完全相同,都是应用公式cos 〈a ,b 〉=a·b |a |·|b |,解题的关键就是求a ·b 和|a |、|b |.求模时注意|a |2=a ·a 的应用.1.如图,空间四边形ABCD 的每条边和对角线的长都等于1,E ,F ,G 分别是AB ,AD ,DC 的中点,则FG →·AB →=( )A .34B .14C .12D .32B [由题意可得FG →=12AC →,∴FG →·AB →=12×1×1×cos 60°=14.]2.已知两异面直线的方向向量分别为a ,b ,且|a |=|b |=1,a·b =-12,则两直线的夹角为( )A .30°B .60°C .120°D .150°B [设向量a ,b 的夹角为θ,则cos θ=a·b|a ||b |=-12,所以θ=120°,则两个方向向量对应的直线的夹角为180°-120°=60°.]3.在空间四边形ABCD 中,AB →·CD →+BC →·AD →+CA →·BD →=________. 0 [原式=AB →·CD →+BC →·AD →+CA →·(AD →-AB →) =AB →·(CD →-CA →)+AD →·(BC →+CA →) =AB →·AD →+AD →·BA →=0.]4.如图所示,在一个直二面角α-AB -β的棱上有两点A ,B ,AC ,BD 分别是这个二面角的两个面内垂直于AB 的线段,且AB =4,AC =6,BD =8,则CD 的长为________.229 [∵CD →=CA →+AB →+BD →=AB →-AC →+BD →, ∴CD →2=(AB →-AC →+BD →)2=AB →2+AC →2+BD →2-2AB →·AC →+2AB →·BD →-2AC →·BD →=16+36+64=116, ∴|CD →|=229.]5.如图,已知空间四边形ABCD 的每条边和对角线的长都等于a ,点M ,N 分别是边AB ,CD 的中点.(1)求证:MN 为AB 和CD 的公垂线; (2)求MN 的长;(3)求异面直线AN 与MC 所成角的余弦值. [解] 设AB →=p ,AC →=q ,AD →=r .由题意,可知|p |=|q|=|r|=a ,且p ,q ,r 三向量两两夹角均为60°. (1)证明:MN →=AN →-AM →=12(AC →+AD →)-12AB → =12(q +r -p ), ∴MN →·AB →=12(q +r -p )·p =12(q ·p +r ·p -p 2)=12(a 2·cos 60°+a 2·cos 60°-a 2)=0 ∴MN ⊥AB ,同理可证MN ⊥CD . ∴MN 为AB 与CD 的公垂线. (2)由(1)可知MN →=12(q +r -p ),∴|MN →|2=(MN →)2=14(q +r -p )2=14[q 2+r 2+p 2+2(q ·r -q·p -r ·p )]=14(a 2+a 2+a 2+2⎝ ⎛⎭⎪⎫a 22-a 22-a 22]=14×2a 2=a 22.∴|MN →|=22a , ∴MN 的长度为22a .(3)设向量AN →与MC →的夹角为θ,∵AN →=12(AC →+AD →)=12(q +r ),MC →=AC →-AM →=q -12p , ∴AN →·MC →=12(q +r )·⎝ ⎛⎭⎪⎫q -12p =12⎝ ⎛⎭⎪⎫q 2-12q ·p +r·q -12r ·p =12⎝ ⎛⎭⎪⎫a 2-12a 2·cos 60°+a 2cos 60°-12a 2·cos 60° =12⎝ ⎛⎭⎪⎫a 2-a 24+a 22-a 24=a 22. 又∵|AN →|=|MC →|=32a ,∴AN →·MC →=|AN →|·|MC →|·cos θ=32a·32a ·cos θ=a 22. ∴cos θ=23.∴向量AN →与MC →的夹角的余弦值为23. 从而异面直线AN 与MC 所成角的余弦值为23.1.2 空间向量基本定理学 习 目 标核 心 素 养1.了解空间向量基本定理及其意义.2.掌握空间向量的正交分解.(难点)3.掌握在简单问题中运用空间三个不共面的向量作为基底表示其他向量的方法.(重点)1.通过基底概念的学习,培养学生数学抽象的核心素养.2.借助基底的判断及应用,提升逻辑推理、直观想象及数学运算的核心素养.(1)共面向量定理:如果两个向量a 、b 不共线,则向量p 与向量a 、b 共面的充要条件是存在实数对(x ,y ),使得p =x a +y b .(2)共面向量定理的推论:空间一点P 在平面MAB 内的充要条件是存在有序实数对(x ,y ),使得MP →=xMA →+yMB →,或对于空间任意一定点O ,有OP →=xOM →+yOA →+zOB →(x +y +z =1).今天我们将对平面向量基本定理加以推广,应用上面的几个公式我们可以解决与四点共面有关的问题,得出空间向量基本定理.1.空间向量基本定理如果三个向量a ,b ,c 不共面,那么对任意一个空间向量p ,存在唯一的有序实数组(x ,y ,z ),使得p =x a +y b +z c .。

(人教版)高中数学几何概型课件分析2

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3.假设你在图形上随机撒一粒黄豆, 计算它落到 阴影部分的概率.
3.3.1几何概型
(三)例题讲解,强化应用 例1、如图所示:边长为2的正方形 区域中有一面积为1的阴影区域, 现将一颗豆子随即地扔正方形内, 计算它落在阴影部分的概率(不计 豆子的面积且豆子都能落在正方形 区域内)解:记“豆子落入阴影区域”为事件A
阴影部分的面积 1 P(A) 正方形的面积= 4
例2、如图所示,棱长为1m的正方体容器 内倒置一个圆锥形容器,现有一只萤火 虫在正方体容器内飞行,试问:萤火虫 飞入圆锥形容器内的概率是多少?
3.3.1几何概型
(四)实际应用,建立模型
例3、取一根长为3米的绳子,拉直后在任意位置剪断, 那么剪得两段的长度都不小于1米的概率是多少?
PA A 概率计算: () = 构 成 事 件 的 区 域 长 度 ( 面 积 或 体 积 ) 试 验 的 全 部 结 果 所 构 成 的 区 域 长 度 ( 面 积 或 体 积 )
d的测度 D的 测 度
(二)归纳总结,形成概3.念3.1几何概型
问题5:完成下列表格,比较几何概型与古典概型的相同 点与不同点
3.3 几 何 概 型
知识回顾: 1.古典概型
(1) 有限性: 试验中所有可能出现的基本事件为有限个
(2) 等可能性: 每个基本事件出现的可能性相等
2.古典概型的概率计算公式
P(A)=
A包含的基本事件的个数 基本事件的总数
m n
(一)创设情境,引出课题:
情境一:五一节期间,“新华百货”超市为了扩大知名度, 特意举行了大型的购物抽奖促销活动,有的顾客 在购物后抽奖时,有点犯蒙了,原来聪明的商家 为促销活动设计了三种方案:飞镖游戏:如图所 示,规定顾客射中红色区域表示中奖

高中数学必修5全册人教A版

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06
圆与方程
圆方程
圆的标准方程
$(x - a)^{2} + (y - b)^{2} = r^{2}$,其中$(a, b)$为圆心坐
标,$r$为半径。
圆的一般方程
$x^{2} + y^{2} + Dx + Ey + F = 0$,其中$D^{2} + E^{2} -
4F > 0$。
圆的参数方程
$left{ begin{matrix} x = a + rcostheta y = b + rsintheta
高中数学必修5全册 人教A版
目录
• 集合与函数概念 • 基本初等函数(Ⅰ) • 空间几何体 • 点、直线、平面之间位置关系 • 直线与方程 • 圆与方程
01
集合与函数概念
集合含义与表示
集合的概念
集合是具有某种特定性质的事物的总体,构成集合的事 物称为元素。
集合的表示方法
常用大写字母A、B、C等表示集合,元素用小写字母a 、b、c等表示。集合的元素具有确定性、互异性和无序 性。
函数模型及其应用
常见函数模型
了解常见的函数模型,如一次函数、二次函数、三角函数等,并 掌握其性质和图像。
函数模型的建立与应用
理解如何根据实际问题建立相应的函数模型,并掌握利用函数模型 解决实际问题的方法。
函数模型的综合应用
了解函数模型在多个领域中的综合应用,如金融、医学、工程等。
03
空间几何体
空间几何体结构
幂函数的图像和变换
能够画出幂函数的图像, 理解幂函数图像的变换规 律。
函数与方程
函数与方程的关系
理解函数与方程之间的联系和区别,掌握通过方程研究函数性质 的方法。

高中数学3.3.1几何概型课件新人教A版必修3

高中数学3.3.1几何概型课件新人教A版必修3

与长度有关的几何概型
[例 1] (1)在区间[-1,2]上随机取一个数 x,则|x|≤1 的概率为 ________.
(2)某汽车站每隔 15 min 有一辆汽车到达,乘客到达车站的时 刻是任意的,求一位乘客到达车站后等车时间超过 10 min 的概率.
[解析] (1)∵区间[-1,2]的长度为 3,由|x|≤1 得 x∈[-1,1], 而区间[-1,1]的长度为 2,x 取每个值为随机的,∴在[-1,2]上取 一个数 x,|x|≤1 的概率 P=23.
数的概率;
③从区间[-10,10]内任取出一个整数,求取到大于1而小于2
的数的概率;
④向一个边长为4 cm的正方形ABCD内投一点P,求点P离中
心不超过1 cm的概率.
A.1
B.2
C.3
D.4
率为
()
A.π4
B.1-π4
π C.8
D.1-π8
2.在平面直角坐标系 xOy 中,设 M 是横坐标与纵坐标的绝对值均 不大于 2 的点构成的区域,E 是到原点的距离不大于 1 的点构成 的区域,向 M 中随机投一点,则所投的点落入 E 中的概率是 ________.
解析:如图,区域 M 表示边长为 4 的正方形 ABCD 的内 部(含边界),区域 E 表示单位圆及其内部, 因此 P=π4××142=1π6.
将集合M和N所表示的区域在直角坐标系中画出,如图,
则区域M的面积S=12×8×8=32, 区域N的面积S′=12×6×2=6, 所以点P落入区域N的概率为P=362=136.
答案:D
[随堂即时演练]
1.下列概率模型中,几何概型的个数为
()
①从区间[-10,10]内任取出一个数,求取到1的概率;

人教A版高中数学必修3:几何概型

人教A版高中数学必修3:几何概型
36 9
1.某路公共汽车每5分钟发车一次,某乘客到乘车点的时 刻是随机的,则他候车时间不超过2分钟的概率是( C )
A 3B 4C 2D 1
5
5
5
5
解:试验的全部结果构成的区域长度为5,所求事件的区
域长度为2,故所求概率为 P 2 . 5
分析:
0
50
60
解:设A={等待的时间不多于10分钟},事件A恰好是打开
收音机的时刻位于[50,60]时间段内,因此由几何概型
的求概率的公式得
P( A) 60 50 1 . 60 6
即“等待报时的时间不超过10分钟”的概率为 1 .
6
(2012·东城模拟)某人向一个半径为6的圆形标靶射击,假
.
下面我们来求解“引入新课”中的问题;
解:设“飞船在主着陆场内着陆”为事件A,
1202 9
P( A)
2002

. 25
P(A)
构成事件A的区域面积 试验的全部结果所构成的区域面积
.
在1L高产小麦种子中混入了一粒带麦锈病的种子,从中随 机取出10 mL,含有麦锈病种子的概率是多少? 解:设取出10 mL麦种,其中“含有麦锈病种子”这一事件为 A,
2.下图是卧室和书房地板的示意图,图中所有方砖除颜色外 完全相同,甲壳虫分别在卧室和书房中自由地飞来飞去,并 随意停留在某块方砖上,问在哪个房间里,甲壳虫停留在黑 砖上的概率大?
卧室
书房
在卧室里,甲壳虫停留在黑砖上的概率大.
事实上,甲壳虫停留在黑砖上的概率与 黑砖的总面积有关.
3.用大小两个玻璃盆分别去捞鱼缸中红白相间的金鱼, 哪个捞到金鱼的概率大?
P( A) 10 1 . 1 000 100

高中数学 几何概型教案 新人教A版必修3

高中数学 几何概型教案 新人教A版必修3
2、均匀随机数在日常生活中,有着广泛的应用,我们可以利用计算器或计算机来产生均匀随机数,从而来模拟随机试验,其具体方法是:建立一个概率模型,它与某些我们感兴趣的量(如概率值、常数)有关,然后设计适当的试验,并通过这个试验的结果来确定这些量.
解:设A={等待的时间不多于10分钟},我们所关心的事件A恰好是到站等车的时刻位于[50,60]这一时间段内,因此由几何概型的概率公式,得P(A)= = ,即此人等车时间不多于10分钟的概率为 .
小结:在本例中,到站等车的时刻X是随机的,可以是0到60之间的任何一刻,并且是等可能的,我们称X服从[0,60]上的均匀分布,X为[0,60]上的均匀随机数.
例6在长为12cm的线段AB上任取一点M,并以线段AM为边作正方形,求这个正方形的面积介于36cm2与81cm2之间的概率.
分析:正方形的面积只与边长有关,此题可以转化为在12cm长的线段AB上任取一点M,求使得AM的长度介于6cm与9cm之间的概率.
解:(1)用计算机产生一组[0,1]内均匀随机数a1=RAND.
批注
教学重点:重点是几何概型的理解.
教学难点:难点是计算公式的应用
教学用具:投影仪
教学方法:讲练结合
教学过程:
一、课题:在概率论发展的早期,人们就已经注意到只考虑那种仅有有限个等可能结果的随机试验是不够的,还必须考虑有无限多个试验结果的情况。例如一个人到单位的时间可能是8:00至9:00之间的任何一个时刻;往一个方格中投一个石子,石子可能落在方格中的任何一点……这些试验可能出现的结果都是无限多个。
几何概型
教学目标:(1)正确理解几何概型的概念;(2)掌握几何概型的概率公式:P(A)= ;(3)会根据古典概型与几何概型的区别与联系来判别某种概型是古典概型还是几何概型;(4)了解均匀随机数的概念;(5)掌握利用计算器(计算机)产生均匀随机数的方法;(6)会利用均匀随机数解决具体的有关概率的问题.
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专题05 几何概型一、填空题1.北大附中20172018年高二期末考试在上随机的取一个实数,则事件“直线与圆相交”发生的概率为A. B. C. D.答案C2.疆兵团第二师华山中学20172018学年高二下学期第一次月考已知一只蚂蚁在边长分别为5,12,13的三角形的边上随机爬行,则其恰在离三个顶点的距离都大于1的地方的概率为()A. B. C. D.答案B解析由题意可知,三角形的三条边长的和为,而蚂蚁要在离三个顶点的距离都大于的地方爬行,则它爬行的区域的长度为,根据几何概型的计算公式可得蚂蚁在离三个顶点的距离都大于的概率为,故选B.3.云南中央民大附中芒市国际学校20172018学年高二上学期期末考试如图,正方形内的图形来自中国古代的太极图.正方形内切圆中的黑色部分和白色部分位于正方形的中心成中心对称,在正方形内随机取一点,则此点取自黑色部分的概率是( )A. B. C. D.答案D点睛: (1)当试验的结果构成的区域为长度、面积、体积等时,应考虑使用几何概型求解.(2)利用几何概型求概率时,关键是试验的全部结果构成的区域和事件发生的区域的寻找,有时需要设出变量,在坐标系中表示所需要的区域.(3)几何概型有两个特点:一是无限性,二是等可能性.基本事件可以抽象为点,尽管这些点是无限的,但它们所占据的区域都是有限的,因此可用“比例解法”求解几何概型的概率.4.如图所示,边长为2的正方形中有一封闭曲线围成的阴影区域,在正方形中随机撒一粒豆子,它落在阴影区域内的概率为,则阴影区域的面积为()A. B. C. D. 无法计算答案B解析利用几何概型的概率计算公式知,∴S阴=S正方形=.故答案为:B.5.江西抚州七校联考20172018学年高二上学期期末考试在区间内随机取出两个数,则这两个数的平方和也在区间内的概率是()A. B. C. D.答案D解析记随机取出两个数分别为,由,所以点在直角坐标系内所占区域面积为,若,则点在直角坐标系内所占区域面积为,所以,概率,故选D.6.北三省三校高二月考在区间上任取一个实数,则的概率是( )A. B. C. D.答案C7.辽宁省普通高中20172018学年高二学业水平模拟考试从区间内任取一个数,则这个数小于的概率是 ( )A. B. C. D.答案C解析在区间上任取一个数构成的区间长度为,这个数小于的区间长度为,根据几何概型概率公式可得这个数小于的概率为,故选C.8.陕西省西安市第一中学20172018学年高二上学期期中考试在集合内任取一个元素,能使不等式成立的概率为().A. B. C. D.答案B解析集合对应的平面区域为矩形,约束条件对应的平面区域为梯形,把代入得∴不等式成立的概率为.故选B.9.陕西省西北工业大学附属中学20172018学年高二上学期期中考试某的班车在,,发车,小明在至之间到达发车站乘坐班车,且到达发车站的时刻是随机的,则他等车时间不超过分钟的概率是()A. B. C. D.答案A方法点睛本题題主要考查“时间型”的几何概型,属于中档题. 解决几何概型问题常见类型有:长度型、角度型、面积型、体积型,时间型,求与时间型有关的几何概型问题关鍵是计算问题的总时间以及事件的时间;几何概型问题还有以下几点容易造成失分,在备考时要高度关注:(1)不能正确判断事件是古典概型还是几何概型导致错误;(2)基本裏件对应的区域测度把握不准导致错误;(3)利用几何概型的概率公式时 , 忽视验证事件是否等可能性导致错误.10.黑龙江省佳木斯市第一中学20172018学年高二下学期开学考试如图,已知正方形的面积为10,向正方形内随机地撒200颗黄豆,数得落在阴影外的黄豆数为114颗,以此试验数据为依据,可以估计出阴影部分的面积约为()A. 5.3B. 4.3C. 4.7D. 5.7答案B解析由古典概型概率公式概率公式及对立事件概率公式可得,落在阴影部分的概率为1141200-,因为正方形的面积为10,所以由几何概型概率公式可得阴影部分的面积约为114101 4.3200⎛⎫⨯-=⎪⎝⎭,故选B.方法点睛本题題主要考查“面积型”的几何概型,属于中档题. 解决几何概型问题常见类型有:长度型、角度型、面积型、体积型,求与面积积有关的几何概型问题关鍵是计算问题题的总面积以及事件的面积;几何概型问题还有以下几点容易造成失分,在备考时要高度关注:(1)不能正确判断事件是古典概型还是几何概型导致错误;(2)基本裏件对应的区域测度把握不准导致错误;(3)利用几何概型的概率公式时 ,忽视验证事件是否等可能性导致错误.11.四川省成都外国语学校20172018学年高二上学期期末考试已知函数()()2log3f x x=+,若在[]2,5-上随机取一个实数x,则()01f x≥的概率为( )A.37B.47C.57D.67答案D12.江西省上高县第二中学20172018学年高二上学期期末考试在棱长为2的正方体内部随机取一个点,则该点到正方体8个顶点的距离都不小于1的概率为( )A .6π B . 16π- C . 16 D . 56答案B解析符合条件的点P 落在棱长为2的正方体内,且以正方体的每一个顶点为球心,半径为1的18球体外;根据几何概型的概率计算公式得,P =33314281832π-⨯⨯⨯⨯=16π-. 故选:B .点睛:(1)当试验的结果构成的区域为长度、面积、体积等时,应考虑使用几何概型求解.(2)利用几何概型求概率时,关键是试验的全部结果构成的区域和事件发生的区域的寻找,有时需要设出变量,在坐标系中表示所需要的区域.(3)几何概型有两个特点:一是无限性,二是等可能性.基本事件可以抽象为点,尽管这些点是无限的,但它们所占据的区域都是有限的,因此可用“比例解法”求解几何概型的概率. 二、填空题13.黑龙江省佳木斯市第一中学20172018学年高二下学期开学考试在棱长为2的正方体内随机取一点,取到的点到正方体中心的距离大于1的概率为__________. 答案16π- 解析14.四川省泸州泸县第五中学20172018学年高二上学期期末模拟考试某校早上8:00开始上课,假设该校学生小张与小王在早上7:30~7:50之间到校,且每人在该时间段任何的时刻到校是等可能的,则小张比小王至少早5分钟到校的概率为_____ 答案932解析假设小张是7:30后的x分钟到校,小王是7:30后的y 分钟到校,则两人到校应满足020{020x y ≤≤≤≤,它是一个平面区域,对应的面积为400.设随机事件A 为“小张比小王至少早5分钟到校”,则两人到校时间应满足020{020 5x y x y ≤≤≤≤-≥,对应的平面区域如图下图阴影部分所示,其面积为1225151522⨯⨯=,故所求概率为225980032=,故填932. 点睛:本题为几何概型中的会面问题,其处理方法是找出基本事件对应的平面区域的面积.15.吉林省梅河口市第五中学20172018学年高二上学期中期考试在[]0,10上随机的取一个数m ,则事件“圆224x y +=与圆()()22234x y m -+-=相交”发生的概率________.答案2516.云南民族大学附属中学20172018学年高二上学期期中考试某路公共汽车每5分钟发车一次,某乘客到乘车点的时刻是随机的,则他候车时间不超过3分钟的概率是_______.答案35解析因为公共汽车每5分钟发车一次,当乘客在上一辆车开走后两分钟内达到,则他候车时间会超过3分钟,所以候车乘客候车时间超过3分钟的概率为5-23=55P =。

三、解答题17.湖北省孝感市八校20172018学年高二上学期期末考试设函数()()22,f x x bx cb c R =++∈.(1)若b 和c 分别是先后抛掷一枚骰子得到的点数,求对任意x R ∈, ()0f x >恒成立的概率; (2)若b 是从区间[]0,10任取的一个数, c 是从[]0,4任取的一个数,求函数()f x 的图像与x 轴有交点的概率. 答案(1)34;(2)35. 试题解析:(1)设“对任意x R ∈, ()0f x >恒成立”为事件A ,试验的结果总数为6636⨯=种.事件A 发生则2240b c ∆=-<,∴2b c <,从而事件A 所含的结果有()()()()()()1,1,1,2,1,3,1,4,1,5,1,6,()()()()()2,2,2,3,2,4,2,5,2,6, ()()()()()3,2,3,3,3,4,3,5,3,6,()()()()4,3,4,4,4,5,4,6,()()()()5,3,5,4,5,5,5,6,()()()6,4,6,5,6,6共27种.()273364P A ==. (2)设“函数()f x 的图像与x 轴有交点”为事件B ,事件B 发生,则2240b c ∆=-≥,∴2b c ≥ 又试验的所有结果构成的区域(){,|010,04}b c b c Ω=≤≤≤≤如图长方形区域;事件B 所含的结果构成的区域为(){,|010,04,2}b c b c b c Ω=≤≤≤≤≥如图阴影部分区域,()()121042432104405P B +⨯===⨯.18.湖北省孝感市八校20172018学年高二上学期期末考试已知袋子中放有大小和形状相同的小球若干,其中标号为0的小球1个,标号为1的小球1个,标号为2的小球n 个.若从袋子中随机抽取1个小球,取到标号为2的小球的概率是12. (1)求n 的值;(2)从袋子中有放回地随机抽取2个小球,记第一次取出的小球标号为a ,第二次取出的小球标号为b . ①记“2a b +=”为事件A ,求事件A 的概率; ②在区间[]0,2内任取2个实数,x y ,求事件“()24a b x y -+>恒成立”的概率.答案(1)2;(2)①516,②78(ii )记“()24a b x y -+>恒成立”为事件B ,则事件B 等价于“1x y +>”恒成立, (),x y 可以看成平面中的点的坐标,确定全部结果所构成的区域,事件B 构成的区域,利用几何概型可求得结论.试题解析: (1)依题意122n n =+,得2n =. ①记标号为0的小球为s ,标号为1的小球为t ,标号为2的小球为,k h ,则取出2个小球的可能情况有:()()()()(),,,,,,,,,s s s t s k s h t s ,()()()()(),,,,,,,,,t t t k t h k s k t ,()()()()(),,,,,,,,,k k k h h s h t h k , (),h h 共16种,其中满足“2a b +=”的有5种:()()()()(),,,,,,,,,s k s h t t k s h s .所以所求概率为()516P A =②记“()24a b x y -+>恒成立”为事件B ,则事件B 等价于“1x y +>”恒成立, (),x y 可以看成平面中的点的坐标,则全部结果所构成的区域为(){,|02,02,,}x y x y x y R Ω=≤≤≤≤∈,而事件B 构成的区域为()(){},1,,B x y x y x y =+∈Ω.所以所求的概率为()78P B = 点睛:(1)当试验的结果构成的区域为长度、面积、体积等时,应考虑使用几何概型求解.(2)利用几何概型求概率时,关键是试验的全部结果构成的区域和事件发生的区域的寻找,有时需要设出变量,在坐标系中表示所需要的区域.(3)几何概型有两个特点:一是无限性,二是等可能性.基本事件可以抽象为点,尽管这些点是无限的,但它们所占据的区域都是有限的,因此可用“比例解法”求解几何概型的概率.19.四川省遂宁市20172018学年高二上学期期末考试遂宁市观音湖港口船舶停靠的方案是先到先停. (1)若甲乙两艘船同时到达港口,双方约定各派一名代表从1,2,3,4,5中各随机选一个数(甲、乙选取的数互不影响若两数之和为偶数,则甲先停靠;若两数之和为奇数,则乙先停靠,这种规则是否公平?请说明理由.(2)根据以往经验,甲船将于早上7:00~8:00到达,乙船将于早上7:30~8:30到达,请求出甲船先停靠的概率答案(1)见解析(2)78解析:(1)这种规则是不公平的 设甲胜为事件A ,乙胜为事件B ,基本事件总数为5525⨯=种,则甲胜即两编号和为偶数所包含的基本事件数有13 个: ()1,1, ()1,3, ()1,5, ()2,2, ()2,4,()3,1,()3,3,()3,5,()4,2,()4,4,()5,1,()5,3,()5,5,∴甲胜的概率()1325P A =,乙胜的概率()()12125P B P A =-=,∴这种游戏规则不公平. (2)设甲船先停靠为事件C ,甲船到达的时刻为x ,乙船到达的时刻为y , (),x y ,可以看成是平面中的点,试验的全部结果构成的区域为, (){}|787.58.5 x y x y Ω=≤≤≤≤,,,这是一个正方形区域,面积111S Ω=⨯=,事件C 所构成的区域为(){}|787.58.5 A x y y x x y =>≤≤≤≤,,,, 111712228A S =-⨯⨯=,这是一个几何概型,所以()78A S P C S Ω==. 点睛:判断一个概率模型是古典概型还是几何概型,有一个重要的依据:基本事件的个数是有限还是无限.对于几何概型,要找到所有基本事件的度量方法(测度常见的度量方法有线段的长度、面积、体积等.20.黑龙江省大庆实验中学20172018学年高二上学期期末考试已知关于x 的二次函数()24 1.f x ax bx =-+(Ⅰ)设集合{}1,1,2A =-和{}2,1,1B =--,分别从集合,A B 中随机取一个数作为a 和b , ()y f x =在区间[)1+∞,上是增函数的概率. (Ⅱ)设点(),a b 是区域80,{0, 0,x y x y +-≤>>内的随机点,求函数()f x 在区间[)1,+∞上是增函数的概率. 答案(Ⅰ)59p =.(Ⅱ) 13p =. 试题解析:要使函数()y f x =在区间[)1,+∞上是增函数,需0a >且412b a--≤,即0a >且2b a ≤. (Ⅰ)所有(),a b 的取法总数为339⨯=个.满足条件的(),a b 有()1,2-, ()1,1-, ()2,2-, ()2,1-, ()2,1共5个,所以所求概率59p =. (Ⅱ)如图,求得区域80{00x y x y +-≤>>的面积为188322⨯⨯=. 由80{ 20x y x y +-=-=,求得168,33P ⎛⎫ ⎪⎝⎭.所以区域内满足0a >且2b a ≤的面积为18328233⨯⨯=. 所以所求概率3213323p ==. 21.辽宁省丹东市20172018学年高二数学理科上学期期末考试已知集合()][{,|0,2,1,1}M x y x y ⎡⎤=∈∈-⎣⎦. (1)若,x y Z ∈,求0x y +≥的概率;(2)若,x y R ∈,求0x y +≥的概率.答案(1)89 (2)78解析试题分析:(1)因为x ,y ∈Z ,且x ∈[0,2],y ∈[1,1],基本事件是有限的,所以为古典概型,这样求得总的基本事件的个数,再求得满足x ,y ∈Z ,xy ≥0的基本事件的个数,然后求比值即为所求的概率.(2)因为x ,y ∈R ,且围成面积,则为几何概型中的面积类型,先求x ,y ∈Z ,求xy ≥0表示的区域的面积,然后求比值即为所求的概率.(2)设"0,,"x y x y R +≥∈为事件B ,因为][0,2,1,1x y ⎡⎤∈∈-⎣⎦,则基本事件为如图四边形ABCD 区域,事件B 包括的区域为其中的阴影部分.所以()11-1122-11722===228ABCD ABCD ABCD S S p B S S ⨯⨯⨯⨯⨯=⨯四边形阴影四边形四边形, 故",0"x y R x y ∈+≥,的概率为78. 点睛: (1)当试验的结果构成的区域为长度、面积、体积等时,应考虑使用几何概型求解.(2)利用几何概型求概率时,关键是试验的全部结果构成的区域和事件发生的区域的寻找,有时需要设出变量,在坐标系中表示所需要的区域.(3)几何概型有两个特点:一是无限性,二是等可能性.基本事件可以抽象为点,尽管这些点是无限的,但它们所占据的区域都是有限的,因此可用“比例解法”求解几何概型的概率..湖北省孝感市八校联考20172018学年高二上学期期中考试已知()f x x =, ()1g x x =-.(1)若x 是从区间[]3,4-上任取的一个实数, 2y =,求满足()()|1f x g y ≥+的概率.(2)若x 、y 都是从区间[]0,4上任取的一个实数,求满足()()221f x g y +≤的概率. 答案(1)37P =(2)32π解析试题分析:(1)本题属于线段型的几何概型,根据线段长度的比值求解。

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