3.2.1直线的方向向量与直线的向量方程
一、选择题
1.点A(-3,1,5),B(4,3,1)的中点坐标是( )
A.721,-2
B.122,3
C.(-12,3,5)
D.13,4
3,-2
2.已知点A(3,3,-5),B(2,-3,1),C为线段AB上一点,且→AC=2→
3AB,则点C的坐
标为( )
A.715
2,-22)
B.(3
8
3,2)
C.7
D.573
,-1,-1)
2,-322
)
3.若异面直线l1,l2的方向向量分别是a=(0,-2,-1),b=(2,0,4),则异面直线
l1与l2的夹角的余弦值等于( )
A.-2
5
B.25C.-255
D.255
4.已知向量a=(2,3,5),b=(3,x,y)分别是直线l1、l2的方向向量,若l1∥l2,则( )
A.x=9
2y=15
B.x=3,y15
2
C.x=3,y=15
D.x=9152y2
5.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与b所成的角是( )
A.30° B.45° C.60°
D.90°
6.已知点A(4,1,3),B(2,-5,1),C为线段AB上一点且|→
AC|=1
C的坐标为
|→AB|3( )
A.7
2
152,2
B.3
8,-3,2
C.10
73
,-1,3
D.573222
7.如图,在正方体ABCD—A1B1C1D1中,E、F、G、H分别是AA1、AB、BB1、B1C1的中点,则异面直线EF与GH所成的角等于( )
A.45° B.60° C.90°
D.120°
8.在正四棱柱ABCD—A1B1C1D1中,E、F分别是AB1,BC1的中点,则以下结论中不成立的是( )
A.EF与BB1垂直 B.EF与BD垂直 C.EF与CD异面 D.EF与A1C1异面
9.在正方体AC1中,PQ与直线A1D和AC都垂直,则直线PQ与BD1
的关系是( )
A.异面直线 B.平行直线 C.垂直不相交
D.垂直且相交
10.已知直线l1的方向向量a=(2,4,x),直线l2的方向向量b=(2,y,2),若|a|=6,且a⊥b,则x+y的值是( )
A.-3或1 B.3或-1 C.-3
D.1
二、填空题
11.已知点A、B、C的坐标分别为(0,1,0)、(-1,0,-1)、(2,1,1),点P的坐标为(x,0,z),若PA⊥AB,PA⊥AC,则P点的坐标为________.
12.已知A(3,4,0),B(2,5,5),C(0,3,5),且ABCD是平行四边形,则点D的坐标为________.
13.已知直线l的方向向量v=(2,-1,3),且过A(0,y,3)和B(-1,2,z)两点,则y=______,z=______.
14.已知两异面直线l和l1
12的方向向量分别为v1和v2,若cos〈v1,v22,则l1
与l2所成的角为________________.
三、解答题
15.已知A(4,1,3),B(2,3,1),C(3,7,-5),若点P(x,-1,3)在平面ABC内,求x的值.
16.已知三棱锥O—ABC中,OA=OB=1,OC=2,OA,OB,OC两两垂直,试找出一点
D,使BD∥AC,DC∥AB?
17.如图,点O是正△ABC平面外一点,若OA=OB=OC=AB=1,E、F分别是AB、OC的中点,试求OE与BF所成角的余弦.
18.如图所示,在长方体OABC-O1A1B1C1中,|OA|=2,|AB|=3,|AA1|=2,E是BC的中点.
(1)求直线AO1与B1E所成角的大小;
3.2.1直线的方向向量与直线的向量方程
一、选择题
1.点A(-3,1,5),B(4,3,1)的中点坐标是( )
A.72,1,-2
B.1
2,2,3
C.(-12,3,5)
D.13,43,-2
[答案] B
[解析] 由中点坐标公式可得B.
2.已知点A(3,3,-5),B(2,-3,1),C为线段AB上一点,且→AC=2→
3AB,则点C的坐
标为( )
A.715
2,-22)
B.(3
8
3,2)
C.7
3,-1,-1)
D.5732,-22
)
[答案] C
[解析] 设C(x,y,z),→
AC=(x-3,y-3,z+5) =2
3
-1,-6,6) 解得x7
3
,y=-1,z=-1.
3.若异面直线l1,l2的方向向量分别是a=(0,-2,-1),b=(2,0,4),则异面直线
l1与l2的夹角的余弦值等于( )
A.-2
5
B.25C.-255
D.25
5
[答案] B
[解析] a²b=-4,|a|=5,|b|=5,
cosθ=|cos〈a²b〉|=a²b-42
|a||b|=10=5
4.已知向量a=(2,3,5),b=(3,x,y)分别是直线l1、l2的方向向量,若l1∥l2,则( )
A.x9
2,y=15
B.x=3,y=15
2
C.x=3,y=15
D.x9152,y=2
[答案] D
[解析] ∵l3xy
1∥l2,∴a∥b,∴23=5,
∴x=92y=152
5.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与b所成的角是( )
A.30° B.45° C.60°
D.90°
[答案] C
[解析] 直线a,b的方向向量分别为→AB,→CD, ∵→AB=→AC+→CD+→DB,
∴→AB²→CD=→AC²→CD+CD→2+→DB²→CD, 即2³1³cos〈→AB,→
CD〉=1 ∴cos〈→AB,→
CD〉=12,
即〈→AB,→
CD〉=60°.故选C.
→6.已知点A(4,1,3),B(2,-5,1),C为线段AB上一点且|AC|1
|→=AB|3C的坐标为
( )
A.7
21522
B.383,2
C.10
31,73
D.5732-2,2
[答案] C
[解析] 设C(x,y,z),∵C为线段AB上一点且|→
AC|1
|→AB|3∴→AC=13
,
即(x-4,y-1,z-3)=1
3-2,-6,-2),
∴x=1073y=-1,z=3
.
7.如图,在正方体ABCD—A1B1C1D1中,E、F、G、H分别是AA1、AB、BB1、B1C1的中点,则异面直线EF与GH所成的角等于(
)
A.45° B.60° C.90°
D.120°
[答案] B
[解析] 取D点为坐标原点,DA,DC,DD1为x,y,z轴建系,设棱长为1, 则→EF=1→0,1
2,-2,GH=11-2
0,2,
-1∴cos〈→EF,→
GH〉=
4
22
1
222
∴〈→EF,→
GH〉=120°, ∴异面直线EF,GH成60°角.
8.在正四棱柱ABCD—A1B1C1D1中,E、F分别是AB1,BC1的中点,则以
下结论中不成立的是( )
A.EF与BB1垂直 B.EF与BD垂直 C.EF与CD异面 D.EF与A1C1异面 [答案] D
[解析] 建立空间直角坐标系后,验证A、B、C正确,故选D. 9.在正方体AC1中,PQ与直线A1D和AC都垂直,则直线PQ与BD1
的关系是( )
A.异面直线 B.平行直线 C.垂直不相交
D.垂直且相交
[答案] B
[解析] 取D点为坐标原点建系后,
DA→→
1=(1,0,1),AC=(-1,1,0),
设PQ→
=(a,b,c),则
a+c=0
-a+b=0,
取→
PQ=(1,1,-1).
∵BD→
→1
=(0,0,1)-(1,1,0)=(-1,-1,1)=-PQ,
∴→PQ∥BD→
1,∴PQ∥BD1.
10.已知直线l1的方向向量a=(2,4,x),直线l2的方向向量b=(2,y,2),若|a|=6,且a⊥b,则x+y的值是( )
A.-3或1 B.3或-1 C.-3
D.1
[答案] A
[解析] ∵|a|=6,∴x=±4. 又a⊥b,∴2y+x+2=0. 当x=4时y=-3,x+y=1; 当x=-4时y=1,x+y=-3.故选A. 二、填空题
11.已知点A、B、C的坐标分别为(0,1,0)、(-1,0,-1)、(2,1,1),点P的坐标为(x,0,z),若PA⊥AB,PA⊥AC,则P点的坐标为________.
[答案] (-1,0,2)
[解析] 由已知,→AB=(-1,-1,-1),→AC=(2,0,1),→
PA=(-x,1,-z), →→由
PA²AB=0,解得
=-1→PA²→AC=0
,得
x-1+z=0-2x-z=0
xz=2
.
∴P(-1,0,2).
12.已知A(3,4,0),B(2,5,5),C(0,3,5),且ABCD是平行四边形,则点D的坐标为________.
[答案] (1,2,0)
[解析] →BC=(-2,-2,0),而→AD=→
BC,
∴→OD=→BC+→
OA=(-2,-2,0)+(3,4,0)=(1,2,0), ∴D点坐标为(1,2,0).
13.已知直线l的方向向量v=(2,-1,3),且过A(0,y,3)和B(-1,2,z)两点,则y=______,z=______.
[答案] 33
22
[解析] ∵v∥→AB,而→
AB=(-1,2-y,z-3) ∴
-12-yz-2-1=3
3
∴y=32z=32
14.已知两异面直线l〈v1
1和l2的方向向量分别为v1和v2,若cos1,v2〉=-2l1
与l2所成的角为________________.
[答案] 60°
[解析] 由异面直线夹角的范围可得. 三、解答题
15.已知A(4,1,3),B(2,3,1),C(3,7,-5),若点P(x,-1,3)在平面ABC内,求x的值.
[解析] →
AB=(-2,2-2), →
AC=(-1,6,-8),AP→
=(x-4,-2,0).
因为点P在平面ABC内,则存在一对实数λ,μ,使得→AP=λ→AB+μ→
AC.
x-4=-2λ-μ,故-2=2λ+6μ,0=-2λ-8μ.
解得x=11.
16.已知三棱锥O—ABC中,OA=OB=1,OC=2,OA,OB,OC两两垂直,试找出一点
D,使BD∥AC,DC∥AB?
[解析] 建立如右图所示的空间直角坐标系,则A(1,0,0),
B(0,1,0),C(0,0,2),设所求点D(x,y,z).
由BD∥AC,DC∥AB⇒→BD∥→AC.→DC∥→
AB, 因此
(x,y-1,z)=k1(-1,0,2),(-x,-y,2-z)=k2(-1,1,0),
x=-1,⇒y=1,D点的坐标为(-1,1,2).
z=2.
即17.如图,点O是正△ABC平面外一点,若OA=OB=OC=AB=1,E、F分别是AB、OC的中点,试求OE与BF所成角的余弦.
[解析] 设→OA=a,→OB=b,→
OC=c,则a²b=b²c=c²a=1
2
,|a|=|b|=|c|=1, OE→
²→BF=1
2(a+b)²12-b
=1212+12
2-a²b-|b|
=11111
2442-1=-2
, →→-1
∴cos〈→OE,→
BF〉=OE²BF22|→OE|²|→BF|3332³
2∴OE与BF所成角的余弦为2
3
.
18.如图所示,在长方体OABC-O1A1B1C1中,|OA|=2,|AB|
=3,|AA1|=2,E是BC的中点.
(1)求直线AO1与B1E所成角的大小; (2)作O1D⊥AC于D,求点O1到点D的距离. [解析] 如图所示,建立空间直角坐标系. (1)由题设知,A(2,0,0),O1(0,0,2),
B1(2,3,2),E(1,3,0)
∴AO→=(-2,0,2),B→
11E=(-1,0,-2). ∴cos
-2101,B1E>=21010.
∴AO101与B1E所成角的大小为arccos10
. (2)由题意得O→⊥→AC,→AD∥→
1DAC. ∵C(0,3,0),设D(x,y,0),
∴O→2),→
1D=(x,y,-AD=(x-2,y,0), →
AC=(-2,3,0)
-2x+3y=0,
∴
x-2-2y
3
,
x=1813∴∴D(y=12
13,12
13
,0).
13
18∴|O→
1D|=(
1813-0)2+12
13
-0)
2
+
(0-2)2 =
286
13
.
3.2.1直线的方向向量与直线的向量方程
一、选择题
1.点A(-3,1,5),B(4,3,1)的中点坐标是( )
A.721,-2
B.122,3
C.(-12,3,5)
D.13,4
3,-2
2.已知点A(3,3,-5),B(2,-3,1),C为线段AB上一点,且→AC=2→
3AB,则点C的坐
标为( )
A.715
2,-22)
B.(3
8
3,2)
C.7
D.573
,-1,-1)
2,-322
)
3.若异面直线l1,l2的方向向量分别是a=(0,-2,-1),b=(2,0,4),则异面直线
l1与l2的夹角的余弦值等于( )
A.-2
5
B.25C.-255
D.255
4.已知向量a=(2,3,5),b=(3,x,y)分别是直线l1、l2的方向向量,若l1∥l2,则( )
A.x=9
2y=15
B.x=3,y15
2
C.x=3,y=15
D.x=9152y2
5.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与b所成的角是( )
A.30° B.45° C.60°
D.90°
6.已知点A(4,1,3),B(2,-5,1),C为线段AB上一点且|→
AC|=1
C的坐标为
|→AB|3( )
A.7
2
152,2
B.3
8,-3,2
C.10
73
,-1,3
D.573222
7.如图,在正方体ABCD—A1B1C1D1中,E、F、G、H分别是AA1、AB、BB1、B1C1的中点,则异面直线EF与GH所成的角等于( )
A.45° B.60° C.90°
D.120°
8.在正四棱柱ABCD—A1B1C1D1中,E、F分别是AB1,BC1的中点,则以下结论中不成立的是( )
A.EF与BB1垂直 B.EF与BD垂直 C.EF与CD异面 D.EF与A1C1异面
9.在正方体AC1中,PQ与直线A1D和AC都垂直,则直线PQ与BD1
的关系是( )
A.异面直线 B.平行直线 C.垂直不相交
D.垂直且相交
10.已知直线l1的方向向量a=(2,4,x),直线l2的方向向量b=(2,y,2),若|a|=6,且a⊥b,则x+y的值是( )
A.-3或1 B.3或-1 C.-3
D.1
二、填空题
11.已知点A、B、C的坐标分别为(0,1,0)、(-1,0,-1)、(2,1,1),点P的坐标为(x,0,z),若PA⊥AB,PA⊥AC,则P点的坐标为________.
12.已知A(3,4,0),B(2,5,5),C(0,3,5),且ABCD是平行四边形,则点D的坐标为________.
13.已知直线l的方向向量v=(2,-1,3),且过A(0,y,3)和B(-1,2,z)两点,则y=______,z=______.
14.已知两异面直线l和l1
12的方向向量分别为v1和v2,若cos〈v1,v22,则l1
与l2所成的角为________________.
三、解答题
15.已知A(4,1,3),B(2,3,1),C(3,7,-5),若点P(x,-1,3)在平面ABC内,求x的值.
16.已知三棱锥O—ABC中,OA=OB=1,OC=2,OA,OB,OC两两垂直,试找出一点
D,使BD∥AC,DC∥AB?
17.如图,点O是正△ABC平面外一点,若OA=OB=OC=AB=1,E、F分别是AB、OC的中点,试求OE与BF所成角的余弦.
18.如图所示,在长方体OABC-O1A1B1C1中,|OA|=2,|AB|=3,|AA1|=2,E是BC的中点.
(1)求直线AO1与B1E所成角的大小;
3.2.1直线的方向向量与直线的向量方程
一、选择题
1.点A(-3,1,5),B(4,3,1)的中点坐标是( )
A.72,1,-2
B.1
2,2,3
C.(-12,3,5)
D.13,43,-2
[答案] B
[解析] 由中点坐标公式可得B.
2.已知点A(3,3,-5),B(2,-3,1),C为线段AB上一点,且→AC=2→
3AB,则点C的坐
标为( )
A.715
2,-22)
B.(3
8
3,2)
C.7
3,-1,-1)
D.5732,-22
)
[答案] C
[解析] 设C(x,y,z),→
AC=(x-3,y-3,z+5) =2
3
-1,-6,6) 解得x7
3
,y=-1,z=-1.
3.若异面直线l1,l2的方向向量分别是a=(0,-2,-1),b=(2,0,4),则异面直线
l1与l2的夹角的余弦值等于( )
A.-2
5
B.25C.-255
D.25
5
[答案] B
[解析] a²b=-4,|a|=5,|b|=5,
cosθ=|cos〈a²b〉|=a²b-42
|a||b|=10=5
4.已知向量a=(2,3,5),b=(3,x,y)分别是直线l1、l2的方向向量,若l1∥l2,则( )
A.x9
2,y=15
B.x=3,y=15
2
C.x=3,y=15
D.x9152,y=2
[答案] D
[解析] ∵l3xy
1∥l2,∴a∥b,∴23=5,
∴x=92y=152
5.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与b所成的角是( )
A.30° B.45° C.60°
D.90°
[答案] C
[解析] 直线a,b的方向向量分别为→AB,→CD, ∵→AB=→AC+→CD+→DB,
∴→AB²→CD=→AC²→CD+CD→2+→DB²→CD, 即2³1³cos〈→AB,→
CD〉=1 ∴cos〈→AB,→
CD〉=12,
即〈→AB,→
CD〉=60°.故选C.
→6.已知点A(4,1,3),B(2,-5,1),C为线段AB上一点且|AC|1
|→=AB|3C的坐标为
( )
A.7
21522
B.383,2
C.10
31,73
D.5732-2,2
[答案] C
[解析] 设C(x,y,z),∵C为线段AB上一点且|→
AC|1
|→AB|3∴→AC=13
,
即(x-4,y-1,z-3)=1
3-2,-6,-2),
∴x=1073y=-1,z=3
.
7.如图,在正方体ABCD—A1B1C1D1中,E、F、G、H分别是AA1、AB、BB1、B1C1的中点,则异面直线EF与GH所成的角等于(
)
A.45° B.60° C.90°
D.120°
[答案] B
[解析] 取D点为坐标原点,DA,DC,DD1为x,y,z轴建系,设棱长为1, 则→EF=1→0,1
2,-2,GH=11-2
0,2,
-1∴cos〈→EF,→
GH〉=
4
22
1
222
∴〈→EF,→
GH〉=120°, ∴异面直线EF,GH成60°角.
8.在正四棱柱ABCD—A1B1C1D1中,E、F分别是AB1,BC1的中点,则以
下结论中不成立的是( )
A.EF与BB1垂直 B.EF与BD垂直 C.EF与CD异面 D.EF与A1C1异面 [答案] D
[解析] 建立空间直角坐标系后,验证A、B、C正确,故选D. 9.在正方体AC1中,PQ与直线A1D和AC都垂直,则直线PQ与BD1
的关系是( )
A.异面直线 B.平行直线 C.垂直不相交
D.垂直且相交
[答案] B
[解析] 取D点为坐标原点建系后,
DA→→
1=(1,0,1),AC=(-1,1,0),
设PQ→
=(a,b,c),则
a+c=0
-a+b=0,
取→
PQ=(1,1,-1).
∵BD→
→1
=(0,0,1)-(1,1,0)=(-1,-1,1)=-PQ,
∴→PQ∥BD→
1,∴PQ∥BD1.
10.已知直线l1的方向向量a=(2,4,x),直线l2的方向向量b=(2,y,2),若|a|=6,且a⊥b,则x+y的值是( )
A.-3或1 B.3或-1 C.-3
D.1
[答案] A
[解析] ∵|a|=6,∴x=±4. 又a⊥b,∴2y+x+2=0. 当x=4时y=-3,x+y=1; 当x=-4时y=1,x+y=-3.故选A. 二、填空题
11.已知点A、B、C的坐标分别为(0,1,0)、(-1,0,-1)、(2,1,1),点P的坐标为(x,0,z),若PA⊥AB,PA⊥AC,则P点的坐标为________.
[答案] (-1,0,2)
[解析] 由已知,→AB=(-1,-1,-1),→AC=(2,0,1),→
PA=(-x,1,-z), →→由
PA²AB=0,解得
=-1→PA²→AC=0
,得
x-1+z=0-2x-z=0
xz=2
.
∴P(-1,0,2).
12.已知A(3,4,0),B(2,5,5),C(0,3,5),且ABCD是平行四边形,则点D的坐标为________.
[答案] (1,2,0)
[解析] →BC=(-2,-2,0),而→AD=→
BC,
∴→OD=→BC+→
OA=(-2,-2,0)+(3,4,0)=(1,2,0), ∴D点坐标为(1,2,0).
13.已知直线l的方向向量v=(2,-1,3),且过A(0,y,3)和B(-1,2,z)两点,则y=______,z=______.
[答案] 33
22
[解析] ∵v∥→AB,而→
AB=(-1,2-y,z-3) ∴
-12-yz-2-1=3
3
∴y=32z=32
14.已知两异面直线l〈v1
1和l2的方向向量分别为v1和v2,若cos1,v2〉=-2l1
与l2所成的角为________________.
[答案] 60°
[解析] 由异面直线夹角的范围可得. 三、解答题
15.已知A(4,1,3),B(2,3,1),C(3,7,-5),若点P(x,-1,3)在平面ABC内,求x的值.
[解析] →
AB=(-2,2-2), →
AC=(-1,6,-8),AP→
=(x-4,-2,0).
因为点P在平面ABC内,则存在一对实数λ,μ,使得→AP=λ→AB+μ→
AC.
x-4=-2λ-μ,故-2=2λ+6μ,0=-2λ-8μ.
解得x=11.
16.已知三棱锥O—ABC中,OA=OB=1,OC=2,OA,OB,OC两两垂直,试找出一点
D,使BD∥AC,DC∥AB?
[解析] 建立如右图所示的空间直角坐标系,则A(1,0,0),
B(0,1,0),C(0,0,2),设所求点D(x,y,z).
由BD∥AC,DC∥AB⇒→BD∥→AC.→DC∥→
AB, 因此
(x,y-1,z)=k1(-1,0,2),(-x,-y,2-z)=k2(-1,1,0),
x=-1,⇒y=1,D点的坐标为(-1,1,2).
z=2.
即17.如图,点O是正△ABC平面外一点,若OA=OB=OC=AB=1,E、F分别是AB、OC的中点,试求OE与BF所成角的余弦.
[解析] 设→OA=a,→OB=b,→
OC=c,则a²b=b²c=c²a=1
2
,|a|=|b|=|c|=1, OE→
²→BF=1
2(a+b)²12-b
=1212+12
2-a²b-|b|
=11111
2442-1=-2
, →→-1
∴cos〈→OE,→
BF〉=OE²BF22|→OE|²|→BF|3332³
2∴OE与BF所成角的余弦为2
3
.
18.如图所示,在长方体OABC-O1A1B1C1中,|OA|=2,|AB|
=3,|AA1|=2,E是BC的中点.
(1)求直线AO1与B1E所成角的大小; (2)作O1D⊥AC于D,求点O1到点D的距离. [解析] 如图所示,建立空间直角坐标系. (1)由题设知,A(2,0,0),O1(0,0,2),
B1(2,3,2),E(1,3,0)
∴AO→=(-2,0,2),B→
11E=(-1,0,-2). ∴cos
-2101,B1E>=21010.
∴AO101与B1E所成角的大小为arccos10
. (2)由题意得O→⊥→AC,→AD∥→
1DAC. ∵C(0,3,0),设D(x,y,0),
∴O→2),→
1D=(x,y,-AD=(x-2,y,0), →
AC=(-2,3,0)
-2x+3y=0,
∴
x-2-2y
3
,
x=1813∴∴D(y=12
13,12
13
,0).
13
18∴|O→
1D|=(
1813-0)2+12
13
-0)
2
+
(0-2)2 =
286
13
.