资源简介 1.4 练习1 空间中点、直线和平面的向量表示1. 在空间直角坐标系中,若平面α经过点A(2,-3,2),且u=(4,1,6)是平面α的一个法向量.若点P(a,b,-5)为平面α内的一点,且a+b=23,则点P的坐标为( )A. (9,14,-5) B. (8,15,-5)C. (7,16,-5) D. (6,17,-5)2. (2025·江苏南通高二检测)已知平面α经过点A(0,1,2),且法向量为(-2,1,-1),P(x,y,z)是平面α内任意一点,则( )A. x+y-z=0 B. x+y-z=-1C. 2x-y+z=0 D. 2x-y+z=13. 已知向量a=(-2,2,0),b=(-2,0,2),若向量n满足n⊥a,且n⊥b,则向量n可取为( )A. (1,1,0) B. (0,1,1)C. (1,0,1) D. (1,1,1)4. (2025·广东茂名高二期中)在长方体ABCD-A1B1C1D1中,AB=3,BC=4,CC1=2,M在AB上.以D为原点,DA,DC,DD1所在直线分别为x轴,y轴,z轴,建立如图所示的空间直角坐标系.若平面MCA1的一个法向量为n=(1,2,1),则等于( )A. B.C. D. 15. 在平行六面体ABCD-A1B1C1D1中,=a,=b,=c,O是BD1和B1D的交点,以{a,b,c}为空间的一个基底,则直线OA的一个方向向量为( )A. abcB. a+b+cC. a+b-cD. abc6. 已知直线l过点P(1,0,-1)且平行于向量a=(2,1,1),直线l与点M(1,2,3)在平面α内,则平面α的法向量不可能是( )A. (1,-4,2) B.C. D. (0,-1,1)7. 我们把平面内与直线垂直的非零向量称为直线的法向量,在平面直角坐标系中,过点A(-3,4)的直线l的一个法向量为(1,-2),则直线l的点法式方程为1×(x+3)+(-2)×(y-4)=0,化简得x-2y+11=0.类比以上做法,在空间直角坐标系中,经过点M(1,2,3)的平面的一个法向量为m=(1,-4,2),则该平面的方程为( )A. x-4y+2z+1=0B. x-4y-2z+1=0C. x+4y-2z+1=0D. x+4y-2z-1=08. (多选)(2024·杭州六县九校联盟高二联考)已知平面ABC内的两个向量=(,1,-4),=(0,2,-2),则平面ABC的一个法向量可以是 ( )A. (,1,-1) B. (,1,1)C. (-3,) D. (1,1,)9. (多选)如图所示,在空间直角坐标系中,ABCD-A1B1C1D1是棱长为1的正方体,下列说法中,正确的是( )A. 直线BD1的一个方向向量为(-2,2,2)B. 直线BD1的一个方向向量为(2,2,2)C. 平面B1CD1的一个法向量为(1,1,1)D. 平面B1CD的一个法向量为(1,-1,-1)10. 已知A(1,0,0),B(0,1,0),C(0,0,1),若点P(a,1,1)在平面ABC内,则a= . 11. 在空间直角坐标系Oxyz中,已知平面α的一个法向量为n=(1,-1,2),且平面α过点A(0,3,1).若P(x,y,z)是平面α内的任意一点,则点P的坐标满足的方程是 . 12. 在空间直角坐标系中,两平面α与β分别以n1=(2,1,1)与n2=(0,2,1)为其法向量,若α∩β=l,则直线l的一个方向向量为 (写出一个方向向量的坐标). 13. 如图所示,在四面体O-ABC中,G,H分别是△ABC,△OBC的重心,设=a,=b,=c,以{a,b,c}为空间的一个基底,求直线OG和GH的一个方向向量.14. 如图所示,在四棱锥P-ABCD中,PD⊥底面ABCD,PD=AD=DC,底面ABCD为正方形,E为PC的中点,点F在PB上,问当点F在何位置时,为平面DEF的一个法向量?15. (2025·广东佛山高二检测)已知n=(1,0,1)为平面α的一个法向量,点P(3,2,1)位于平面α内,写出平面α内异于点P的另一个点的坐标: . 16. (2024·南京中学检测)在空间直角坐标系中,已知向量u=(a,b,c)(abc≠0),点P0(x0,y0,z0),点P(x,y,z).(1)若直线l经过点P0,且以u为方向向量,P是直线l上的任意一点,证明:;(2)若平面α经过点P0,且以u为法向量,P是平面α内的任意一点,证明:a(x-x0)+b(y-y0)+c(z-z0)=0.1.4 练习1 空间中点、直线和平面的向量表示1. 在空间直角坐标系中,若平面α经过点A(2,-3,2),且u=(4,1,6)是平面α的一个法向量.若点P(a,b,-5)为平面α内的一点,且a+b=23,则点P的坐标为( B )A. (9,14,-5) B. (8,15,-5)C. (7,16,-5) D. (6,17,-5)【解析】 易知=(a-2,b+3,-7),依题意·u=4a+b-47=0,即4a+b=47,联立a+b=23,解得a=8,b=15,∴点P(8,15,-5).2. (2025·江苏南通高二检测)已知平面α经过点A(0,1,2),且法向量为(-2,1,-1),P(x,y,z)是平面α内任意一点,则( D )A. x+y-z=0 B. x+y-z=-1C. 2x-y+z=0 D. 2x-y+z=1【解析】 依题意,=(x,y-1,z-2),而平面α的法向量为(-2,1,-1),∴(x,y-1,z-2)·(-2,1,-1)=-2x+y-1-(z-2)=-2x+y-z+1=0,即2x-y+z=1.3. 已知向量a=(-2,2,0),b=(-2,0,2),若向量n满足n⊥a,且n⊥b,则向量n可取为( D )A. (1,1,0) B. (0,1,1)C. (1,0,1) D. (1,1,1)【解析】 由题意,设向量n=(x,y,z),∵n⊥a,且n⊥b,则即令z=1,可得x=1,y=1,∴其中一个向量n=(1,1,1).4. (2025·广东茂名高二期中)在长方体ABCD-A1B1C1D1中,AB=3,BC=4,CC1=2,M在AB上.以D为原点,DA,DC,DD1所在直线分别为x轴,y轴,z轴,建立如图所示的空间直角坐标系.若平面MCA1的一个法向量为n=(1,2,1),则等于( B )A. B.C. D. 1【解析】 设AM=x,则A1(4,0,2),M(4,x,0),=(0,x,-2),因平面MCA1的一个法向量为n=(1,2,1),则n·=0,即2x-2=0,解得x=1,故AM=1,MB=3-1=2,故.5. 在平行六面体ABCD-A1B1C1D1中,=a,=b,=c,O是BD1和B1D的交点,以{a,b,c}为空间的一个基底,则直线OA的一个方向向量为( B )A. abcB. a+b+cC. a+b-cD. abc【解析】 由题意可得()()()()=(a+b+c),故直线OA的一个方向向量可以为a+b+c.6. 已知直线l过点P(1,0,-1)且平行于向量a=(2,1,1),直线l与点M(1,2,3)在平面α内,则平面α的法向量不可能是( D )A. (1,-4,2) B.C. D. (0,-1,1)【解析】 连接PM,由题意得=(0,2,4),平面α的法向量必然与a,垂直.对于A,1×2+(-4)×1+2×1=0,1×0+(-4)×2+2×4=0,A中向量可能是平面α的法向量;对于B,×2+(-1)×1×1=0,×0+(-1)×2×4=0,B中向量可能是平面α的法向量;对于C,×2+1×1×1=0,×0+1×2×4=0,C中向量可能是平面α的法向量;对于D,0×2-1×1+1×1=0,0×0-1×2+1×4=2≠0,D中向量不可能是平面α的法向量.7. 我们把平面内与直线垂直的非零向量称为直线的法向量,在平面直角坐标系中,过点A(-3,4)的直线l的一个法向量为(1,-2),则直线l的点法式方程为1×(x+3)+(-2)×(y-4)=0,化简得x-2y+11=0.类比以上做法,在空间直角坐标系中,经过点M(1,2,3)的平面的一个法向量为m=(1,-4,2),则该平面的方程为( A )A. x-4y+2z+1=0B. x-4y-2z+1=0C. x+4y-2z+1=0D. x+4y-2z-1=0【解析】 根据题意进行类比,在空间任取一点P(x,y,z),则=(x-1,y-2,z-3),∵平面法向量为m=(1,-4,2),∴1×(x-1)-4×(y-2)+2×(z-3)=0,∴x-4y+2z+1=0.8. (多选)(2024·杭州六县九校联盟高二联考)已知平面ABC内的两个向量=(,1,-4),=(0,2,-2),则平面ABC的一个法向量可以是 ( BC )A. (,1,-1) B. (,1,1)C. (-3,) D. (1,1,)【解析】 设平面ABC的法向量是n=(x,y,z),则取y=1,得x=,z=1,则n=(,1,1)是平面ABC的一个法向量,所求向量与n=(,1,1)共线,B,C符合题意.9. (多选)如图所示,在空间直角坐标系中,ABCD-A1B1C1D1是棱长为1的正方体,下列说法中,正确的是( AC )A. 直线BD1的一个方向向量为(-2,2,2)B. 直线BD1的一个方向向量为(2,2,2)C. 平面B1CD1的一个法向量为(1,1,1)D. 平面B1CD的一个法向量为(1,-1,-1)【解析】 由题意,B(1,0,0),B1(1,0,1),C(1,1,0),D(0,1,0),D1(0,1,1).对于A,B,可知=(-1,1,1),∴向量(-2,2,2)为直线BD1的一个方向向量,A正确,B错误;对于C,设平面B1CD1的法向量为n=(x,y,z),则又=(0,-1,1),=(-1,0,1),∴有令x=1,可得n=(1,1,1),C正确;对于D,设平面B1CD的法向量为m=(a,b,c),则又=(0,-1,1),=(-1,0,0),∴有令b=1,得m=(0,1,1),D错误.10. 已知A(1,0,0),B(0,1,0),C(0,0,1),若点P(a,1,1)在平面ABC内,则a= -1 . 【解析】 设平面ABC的一个法向量是n=(x,y,z),又=(-1,1,0),=(-1,0,1),∴取x=1,得n=(1,1,1),∵P(a,1,1)在平面ABC内,则n·=a-1+1+1=0,解得a=-1.11. 在空间直角坐标系Oxyz中,已知平面α的一个法向量为n=(1,-1,2),且平面α过点A(0,3,1).若P(x,y,z)是平面α内的任意一点,则点P的坐标满足的方程是 x-y+2z+1=0 . 【解析】 连接AP,由题意可知=(x,y-3,z-1),∵平面α的一个法向量是n=(1,-1,2),∴·n=(x,y-3,z-1)·(1,-1,2)=0,即x-y+3+2z-2=0,即x-y+2z+1=0,故所求点P的坐标满足的方程是x-y+2z+1=0.12. 在空间直角坐标系中,两平面α与β分别以n1=(2,1,1)与n2=(0,2,1)为其法向量,若α∩β=l,则直线l的一个方向向量为 (答案不唯一) (写出一个方向向量的坐标). 【解析】 设直线l的一个方向向量为a=(x,y,z),由两平面α与β分别以n1=(2,1,1)与n2=(0,2,1)为其法向量,可得a·n1=2x+y+z=0,a·n2=2y+z=0,可得z=-2y,x=y,令y=1,则x=,z=-2,可得a=.13. 如图所示,在四面体O-ABC中,G,H分别是△ABC,△OBC的重心,设=a,=b,=c,以{a,b,c}为空间的一个基底,求直线OG和GH的一个方向向量.解: 取BC的中点D,连接AD,OD,∵()=()()=(a+b+c),∴直线OG的一个方向向量为(a+b+c).∵()(b+c)(a+b+c)=a,∴直线GH的一个方向向量为a.14. 如图所示,在四棱锥P-ABCD中,PD⊥底面ABCD,PD=AD=DC,底面ABCD为正方形,E为PC的中点,点F在PB上,问当点F在何位置时,为平面DEF的一个法向量?解: 以D为原点,DA,DC,DP所在直线分别为x轴,y轴,z轴建立空间直角坐标系,如图所示,设DA=2,则D(0,0,0),P(0,0,2),E(0,1,1),B(2,2,0),∴=(2,2,-2),=(0,1,1),∵·=2×0+2×1+(-2)×1=0,∴⊥,∴PB⊥DE.设F(x,y,z),=λ(0≤λ≤1),则(x,y,z-2)=λ(2,2,-2),∴∴F(2λ,2λ,2-2λ),∴=(2λ,2λ,2-2λ).由题意可知,要使为平面DEF的一个法向量,则需·=0,即4λ+4λ-2(2-2λ)=0,解得λ=,故当F为线段PB上靠近点P的一个三等分点时,为平面DEF的一个法向量.15. (2025·广东佛山高二检测)已知n=(1,0,1)为平面α的一个法向量,点P(3,2,1)位于平面α内,写出平面α内异于点P的另一个点的坐标: (2,0,2)(答案不唯一) . 【解析】 令平面α内异于点P的另一个点的坐标A(x,y,z),则=(x-3,y-2,z-1),由n=(1,0,1)为平面α的一个法向量,得n·=x-3+0+z-1=0,∴x+z=4,A(2,0,2)满足要求.16. (2024·南京中学检测)在空间直角坐标系中,已知向量u=(a,b,c)(abc≠0),点P0(x0,y0,z0),点P(x,y,z).(1)若直线l经过点P0,且以u为方向向量,P是直线l上的任意一点,证明:;(2)若平面α经过点P0,且以u为法向量,P是平面α内的任意一点,证明:a(x-x0)+b(y-y0)+c(z-z0)=0.证明: (1)∵直线l经过点P0,且以u为方向向量,P是直线l上的任意一点,则∥u(u≠0),则存在实数λ,使得=λu,即(x-x0,y-y0,z-z0)=λ(a,b,c),故.(2)∵平面α经过点P0,且以u为法向量,P是平面α内的任意一点,则⊥u,故(x-x0,y-y0,z-z0)·(a,b,c)=0,即a(x-x0)+b(y-y0)+c(z-z0)=0.(共31张PPT)四、 空间向量的应用练习1 空间中点、直线和平面的向量表示空间向量与立体几何第一章必备知识练1. 在空间直角坐标系中,若平面α经过点A(2,-3,2),且u=(4,1,6)是平面α的一个法向量.若点P(a,b,-5)为平面α内的一点,且a+b=23,则点P的坐标为( )A. (9,14,-5) B. (8,15,-5)C. (7,16,-5) D. (6,17,-5)【解析】 易知=(a-2,b+3,-7),依题意·u=4a+b-47=0,即4a+b=47,联立a+b=23,解得a=8,b=15,∴点P(8,15,-5).B2. (2025·江苏南通高二检测)已知平面α经过点A(0,1,2),且法向量为(-2,1,-1),P(x,y,z)是平面α内任意一点,则( )A. x+y-z=0 B. x+y-z=-1C. 2x-y+z=0 D. 2x-y+z=1【解析】 依题意,=(x,y-1,z-2),而平面α的法向量为(-2,1,-1),∴(x,y-1,z-2)·(-2,1,-1)=-2x+y-1-(z-2)=-2x+y-z+1=0,即2x-y+z=1.D3. 已知向量a=(-2,2,0),b=(-2,0,2),若向量n满足n⊥a,且n⊥b,则向量n可取为( )A. (1,1,0) B. (0,1,1)C. (1,0,1) D. (1,1,1)【解析】 由题意,设向量n=(x,y,z),∵n⊥a,且n⊥b,则即令z=1,可得x=1,y=1,∴其中一个向量n=(1,1,1).D4. (2025·广东茂名高二期中)在长方体ABCD-A1B1C1D1中,AB=3,BC=4,CC1=2,M在AB上.以D为原点,DA,DC,DD1所在直线分别为x轴,y轴,z轴,建立如图所示的空间直角坐标系.若平面MCA1的一个法向量为n=(1,2,1),则等于( )A. B.C. D. 1B【解析】 设AM=x,则A1(4,0,2),M(4,x,0),=(0,x,-2),因平面MCA1的一个法向量为n=(1,2,1),则n·=0,即2x-2=0,解得x=1,故AM=1,MB=3-1=2,故.5. 在平行六面体ABCD-A1B1C1D1中,=a,=b,=c,O是BD1和B1D的交点,以{a,b,c}为空间的一个基底,则直线OA的一个方向向量为( )A. abcB. a+b+cC. a+b-cD. abcB【解析】 由题意可得()()()()=(a+b+c),故直线OA的一个方向向量可以为a+b+c.6. 已知直线l过点P(1,0,-1)且平行于向量a=(2,1,1),直线l与点M(1,2,3)在平面α内,则平面α的法向量不可能是( )A. (1,-4,2) B.C. D. (0,-1,1)D【解析】 连接PM,由题意得=(0,2,4),平面α的法向量必然与a,垂直.对于A,1×2+(-4)×1+2×1=0,1×0+(-4)×2+2×4=0,A中向量可能是平面α的法向量;对于B,×2+(-1)×1×1=0,×0+(-1)×2×4=0,B中向量可能是平面α的法向量;对于C,×2+1×1×1=0,×0+1×2×4=0,C中向量可能是平面α的法向量;对于D,0×2-1×1+1×1=0,0×0-1×2+1×4=2≠0,D中向量不可能是平面α的法向量.7. 我们把平面内与直线垂直的非零向量称为直线的法向量,在平面直角坐标系中,过点A(-3,4)的直线l的一个法向量为(1,-2),则直线l的点法式方程为1×(x+3)+(-2)×(y-4)=0,化简得x-2y+11=0.类比以上做法,在空间直角坐标系中,经过点M(1,2,3)的平面的一个法向量为m=(1,-4,2),则该平面的方程为( )A. x-4y+2z+1=0 B. x-4y-2z+1=0C. x+4y-2z+1=0 D. x+4y-2z-1=0A【解析】 根据题意进行类比,在空间任取一点P(x,y,z),则=(x-1,y-2,z-3),∵平面法向量为m=(1,-4,2),∴1×(x-1)-4×(y-2)+2×(z-3)=0,∴x-4y+2z+1=0.8. (多选)(2024·杭州六县九校联盟高二联考)已知平面ABC内的两个向量=(,1,-4),=(0,2,-2),则平面ABC的一个法向量可以是 ( )A. (,1,-1) B. (,1,1)C. (-3,) D. (1,1,)BC【解析】 设平面ABC的法向量是n=(x,y,z),则取y=1,得x=,z=1,则n=(,1,1)是平面ABC的一个法向量,所求向量与n=(,1,1)共线,B,C符合题意.9. (多选)如图所示,在空间直角坐标系中,ABCD-A1B1C1D1是棱长为1的正方体,下列说法中,正确的是( )A. 直线BD1的一个方向向量为(-2,2,2)B. 直线BD1的一个方向向量为(2,2,2)C. 平面B1CD1的一个法向量为(1,1,1)D. 平面B1CD的一个法向量为(1,-1,-1)AC【解析】 由题意,B(1,0,0),B1(1,0,1),C(1,1,0),D(0,1,0),D1(0,1,1).对于A,B,可知=(-1,1,1),∴向量(-2,2,2)为直线BD1的一个方向向量,A正确,B错误;对于C,设平面B1CD1的法向量为n=(x,y,z),则又=(0,-1,1),=(-1,0,1),∴有令x=1,可得n=(1,1,1),C正确;对于D,设平面B1CD的法向量为m=(a,b,c),则又=(0,-1,1),=(-1,0,0),∴有令b=1,得m=(0,1,1),D错误.10. 已知A(1,0,0),B(0,1,0),C(0,0,1),若点P(a,1,1)在平面ABC内,则a=__________. 【解析】 设平面ABC的一个法向量是n=(x,y,z),又=(-1,1,0),=(-1,0,1),∴取x=1,得n=(1,1,1),∵P(a,1,1)在平面ABC内,则n·=a-1+1+1=0,解得a=-1.-111. 在空间直角坐标系Oxyz中,已知平面α的一个法向量为n=(1,-1,2),且平面α过点A(0,3,1).若P(x,y,z)是平面α内的任意一点,则点P的坐标满足的方程是__________________. 【解析】 连接AP,由题意可知=(x,y-3,z-1),∵平面α的一个法向量是n=(1,-1,2),∴·n=(x,y-3,z-1)·(1,-1,2)=0,即x-y+3+2z-2=0,即x-y+2z+1=0,故所求点P的坐标满足的方程是x-y+2z+1=0.x-y+2z+1=012. 在空间直角坐标系中,两平面α与β分别以n1=(2,1,1)与n2=(0,2,1)为其法向量,若α∩β=l,则直线l的一个方向向量为_________________________(写出一个方向向量的坐标). 【解析】 设直线l的一个方向向量为a=(x,y,z),由两平面α与β分别以n1=(2,1,1)与n2=(0,2,1)为其法向量,可得a·n1=2x+y+z=0,a·n2=2y+z=0,可得z=-2y,x=y,令y=1,则x=,z=-2,可得a=. (答案不唯一)关键能力练13. 如图所示,在四面体O-ABC中,G,H分别是△ABC,△OBC的重心,设=a,=b,=c,以{a,b,c}为空间的一个基底,求直线OG和GH的一个方向向量.解: 取BC的中点D,连接AD,OD,∵()=()()=(a+b+c),∴直线OG的一个方向向量为(a+b+c).∵()(b+c)(a+b+c)=a,∴直线GH的一个方向向量为a.14. 如图所示,在四棱锥P-ABCD中,PD⊥底面ABCD,PD=AD=DC,底面ABCD为正方形,E为PC的中点,点F在PB上,问当点F在何位置时,为平面DEF的一个法向量?解: 以D为原点,DA,DC,DP所在直线分别为x轴,y轴,z轴建立空间直角坐标系,如图所示,设DA=2,则D(0,0,0),P(0,0,2),E(0,1,1),B(2,2,0),∴=(2,2,-2),=(0,1,1),∵·=2×0+2×1+(-2)×1=0,∴⊥,∴PB⊥DE.设F(x,y,z),=λ(0≤λ≤1),则(x,y,z-2)=λ(2,2,-2),∴∴F(2λ,2λ,2-2λ),∴=(2λ,2λ,2-2λ).由题意可知,要使为平面DEF的一个法向量,则需·=0,即4λ+4λ-2(2-2λ)=0,解得λ=,故当F为线段PB上靠近点P的一个三等分点时,为平面DEF的一个法向量.拓展突破练15. (2025·广东佛山高二检测)已知n=(1,0,1)为平面α的一个法向量,点P(3,2,1)位于平面α内,写出平面α内异于点P的另一个点的坐标:_______________________. 【解析】 令平面α内异于点P的另一个点的坐标A(x,y,z),则=(x-3,y-2,z-1),由n=(1,0,1)为平面α的一个法向量,得n·=x-3+0+z-1=0,∴x+z=4,A(2,0,2)满足要求.(2,0,2)(答案不唯一)16. (2024·南京中学检测)在空间直角坐标系中,已知向量u=(a,b,c)(abc≠0),点P0(x0,y0,z0),点P(x,y,z).(1)若直线l经过点P0,且以u为方向向量,P是直线l上的任意一点,证明:;(2)若平面α经过点P0,且以u为法向量,P是平面α内的任意一点,证明:a(x-x0)+b(y-y0)+c(z-z0)=0.证明: (1)∵直线l经过点P0,且以u为方向向量,P是直线l上的任意一点,则∥u(u≠0),则存在实数λ,使得=λu,即(x-x0,y-y0,z-z0)=λ(a,b,c),故.(2)∵平面α经过点P0,且以u为法向量,P是平面α内的任意一点,则⊥u,故(x-x0,y-y0,z-z0)·(a,b,c)=0,即a(x-x0)+b(y-y0)+c(z-z0)=0. 展开更多...... 收起↑ 资源列表 1.4 练习1 空间中点、直线和平面的向量表示 - 学生版.docx 1.4 练习1 空间中点、直线和平面的向量表示.docx 1.4 练习1 空间中点、直线和平面的向量表示.pptx