高考數(shù)學(xué)專(zhuān)題：空間向量與立體幾何(含解析)

立體幾何中的向量方法1.（2021年高考（重慶理））設(shè)四面體的六條棱的長(zhǎng)分別為1,1,1,1,和,且長(zhǎng)為的棱與長(zhǎng)為的棱異面,則的取值范圍是 （）A．B．C．D．[解析]以O(shè)為原點(diǎn),分別以O(shè)B、OC、OA所在直線為x、y、z軸,則,A,2.（2021年高考（陜西理））如圖,在空間直角坐標(biāo)系中有直三棱柱,,則直線與直線夾角的余弦值為 （）A．B．C．D．解析:不妨設(shè),,,直線與直線夾角為銳角,所以余弦值為,選A.3.（2021年高考（天津理））如圖,在四棱錐中,丄平面,丄,丄,,,.(Ⅰ)證明丄;(Ⅱ)求二面角的正弦值;(Ⅲ)設(shè)E為棱上的點(diǎn),滿足異面直線BE與CD所成的角為,求AE的長(zhǎng).【命題意圖】本小題主要考查空間兩條直線的位置關(guān)系,二面角、異面直線所成的角,直線與平面垂直等基礎(chǔ)知識(shí),考查用空間向量解決立體幾何問(wèn)題的方法,考查空間想象能力、運(yùn)算能力和推理論證能力.方法一:（1）以為正半軸方向，建立空間直角左邊系則（2），設(shè)平面的法向量則取是平面的法向量得：二面角的正弦值為（3）設(shè)；則，即方法二:(1)證明,由平面,可得,又由,故平面,又平面,所以.(2)解:如圖,作于點(diǎn),連接,由,可得平面.因此,,從而為二面角的平面角.在中,,由此得,由(1)知,故在中,,因此,所以二面角的正弦值為.4.（2021年高考（新課標(biāo)理））如圖,直三棱柱中,,是棱的中點(diǎn),(1)證明:(2)求二面角的大小.第一問(wèn)省略第二問(wèn)：如圖建系:A(0,0,0),P(0,0,),M(,,0),N(,0,0),C(,3,0).設(shè)Q(x,y,z),則.∵,∴.由,得:.即:.對(duì)于平面AMN:設(shè)其法向量為.∵.則.∴.同理對(duì)于平面AMN得其法向量為.記所求二面角A—MN—Q的平面角大小為,則.∴所求二面角A—MN—Q的平面角的余弦值為.5.（2021年安徽）如圖，為多面體，平面與平面垂直，點(diǎn)在線段上，△OAB，,△，△，△都是正三角形。（Ⅰ）證明直線∥；（II）求棱錐F—OBED的體積。此題考查空間直線與直線，直線與平面、平面與平面的位置關(guān)系，空間直線平行的證明，多面體體積的計(jì)算等基本知識(shí)，考查空間想象能力，推理論證能力和運(yùn)算求解能力.（I）（綜合法）證明：設(shè)G是線段DA與EB延長(zhǎng)線的交點(diǎn).由于△OAB與△ODE都是正三角形，所以=∥，OG=OD=2，=又由于G和都在線段DA的延長(zhǎng)線上，所以G與重合.==在△GED和△GFD中，由=∥和OC∥，可知B和C分別是GE和GF的中點(diǎn)，所以BC是△GEF的中位線，故BC∥EF.===（向量法）過(guò)點(diǎn)F作，交AD于點(diǎn)Q，連QE，由平面ABED⊥平面ADFC，知FQ⊥平面ABED，以Q為坐標(biāo)原點(diǎn)，為軸正向，為y軸正向，為z軸正向，建立如圖所示空間直角坐標(biāo)系.由條件知?jiǎng)t有所以即得BC∥EF.（II）解：由OB=1，OE=2，，而△OED是邊長(zhǎng)為2的正三角形，故所以過(guò)點(diǎn)F作FQ⊥AD，交AD于點(diǎn)Q，由平面ABED⊥平面ACFD知，F(xiàn)Q就是四棱錐F—OBED的高，且FQ=，所以6.（2021年北京）如圖，在四棱錐中，平面，底面是菱形，.(Ⅰ)求證：平面（Ⅱ）若求與所成角的余弦值；（Ⅲ）當(dāng)平面與平面垂直時(shí)，求的長(zhǎng).證明：（Ⅰ）因?yàn)樗倪呅蜛BCD是菱形，所以AC⊥BD.又因?yàn)镻A⊥平面ABCD.所以PA⊥BD.所以BD⊥平面PAC.（Ⅱ）設(shè)AC∩BD=O.因?yàn)椤螧AD=60°，PA=PB=2,所以BO=1，AO=CO=.如圖，以O(shè)為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立空間直角坐標(biāo)系O—xyz，則P（0，—，2），A（0，—，0），B（1，0，0），C（0，，0）.所以設(shè)PB與AC所成角為，則.（Ⅲ）由（Ⅱ）知設(shè)P（0，－，t）（t>0），則設(shè)平面PBC的法向量,則所以令則所以同理，平面PDC的法向量因?yàn)槠矫鍼CB⊥平面PDC,所以=0，即解得所以PA=7.（2021年福建）如圖，四棱錐P-ABCD中，PA⊥底面ABCD，四邊形ABCD中，AB⊥AD，AB+AD=4，CD=，．（I）求證：平面PAB⊥平面PAD；（II）設(shè)AB=AP．（i）若直線PB與平面PCD所成的角為，求線段AB的長(zhǎng)；（ii）在線段AD上是否存在一個(gè)點(diǎn)G，使得點(diǎn)G到點(diǎn)P，B，C，D的距離都相等？說(shuō)明理由。分析：本小題主要考查直線與直線、直線與平面、平面與平面的位置關(guān)系等基礎(chǔ)知識(shí)，考查空間想象能力、推理論證能力、抽象根據(jù)能力、運(yùn)算求解能力，考查函數(shù)與方程思想、數(shù)形結(jié)合思想、化歸與轉(zhuǎn)化思想，滿分14分。解法一：（I）因?yàn)槠矫鍭BCD，平面ABCD，所以，又所以平面PAD。又平面PAB，所以平面平面PAD。（II）以A為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立空間直角坐標(biāo)系A(chǔ)—xyz（如圖）在平面ABCD內(nèi)，作CE//AB交AD于點(diǎn)E，則在中，DE=，設(shè)AB=AP=t，則B（t，0，0），P（0，0，t）由AB+AD=4，得AD=4-t，所以，（i）設(shè)平面PCD的法向量為，由，，得取，得平面PCD的一個(gè)法向量，又，故由直線PB與平面PCD所成的角為，得解得（舍去，因?yàn)锳D），所以（ii）假設(shè)在線段AD上存在一個(gè)點(diǎn)G，使得點(diǎn)G到點(diǎn)P，B，C，D的距離都相等，設(shè)G（0，m，0）（其中）則，由得，（2）由（1）、（2）消去t，化簡(jiǎn)得（3）由于方程（3）沒(méi)有實(shí)數(shù)根，所以在線段AD上不存在一個(gè)點(diǎn)G，使得點(diǎn)G到點(diǎn)P，C，D的距離都相等。從而，在線段AD上不存在一個(gè)點(diǎn)G，使得點(diǎn)G到點(diǎn)P，B，C，D的距離都相等。解法二：（I）同解法一。（II）（i）以A為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立空間直角坐標(biāo)系A(chǔ)—xyz（如圖）在平面ABCD內(nèi)，作CE//AB交AD于E，則。在平面ABCD內(nèi)，作CE//AB交AD于點(diǎn)E，則在中，DE=，設(shè)AB=AP=t，則B（t，0，0），P（0，0，t）由AB+AD=4，得AD=4-t，所以，設(shè)平面PCD的法向量為，由，，得取，得平面PCD的一個(gè)法向量，又，故由直線PB與平面PCD所成的角為，得解得（舍去，因?yàn)锳D），所以（ii）假設(shè)在線段AD上存在一個(gè)點(diǎn)G，使得點(diǎn)G到點(diǎn)P，B，C，D的距離都相等，由GC=CD，得，從而，即設(shè)，這與GB=GD矛盾。所以在線段AD上不存在一個(gè)點(diǎn)G，使得點(diǎn)G到點(diǎn)B，C，D的距離都相等，從而，在線段AD上不存在一個(gè)點(diǎn)G，使得點(diǎn)G到點(diǎn)P，B，C，D的距離都相等。8.（2021年廣東）如圖5．在椎體P-ABCD中，ABCD是邊長(zhǎng)為1的棱形，且∠DAB=60，,PB=2, E,F分別是BC,PC的中點(diǎn)．（1）證明：AD平面DEF;（2）求二面角P-AD-B的余弦值．法一：（1）證明：取AD中點(diǎn)G，連接PG，BG，BD。因PA=PD，有，在中，，有為等邊三角形，因此，所以平面PBG又PB//EF，得，而DE//GB得ADDE，又，所以AD平面DEF。（2），為二面角P—AD—B的平面角，在在法二：（1）取AD中點(diǎn)為G，因?yàn)橛譃榈冗吶切危虼?，，從而平面PBG。延長(zhǎng)BG到O且使得POOB，又平面PBG，POAD，所以PO平面ABCD。以O(shè)為坐標(biāo)原點(diǎn)，菱形的邊長(zhǎng)為單位長(zhǎng)度，直線OB，OP分別為軸，z軸，平行于AD的直線為軸，建立如圖所示空間直角坐標(biāo)系。設(shè)由于得平面DEF。（2）取平面ABD的法向量設(shè)平面PAD的法向量由取

論大學(xué)生寫(xiě)作能力寫(xiě)作能力是對(duì)自己所積累的信息進(jìn)行選擇、提取、加工、改造并將之形成為書(shū)面文字的能力。積累是寫(xiě)作的基礎(chǔ)，積累越厚實(shí)，寫(xiě)作就越有基礎(chǔ)，文章就能根深葉茂開(kāi)奇葩。沒(méi)有積累，胸?zé)o點(diǎn)墨，怎么也不會(huì)寫(xiě)出作文來(lái)的。寫(xiě)作能力是每個(gè)大學(xué)生必須具備的能力。從目前高校整體情況上看，大學(xué)生的寫(xiě)作能力較為欠缺。一、大學(xué)生應(yīng)用文寫(xiě)作能力的定義那么，大學(xué)生的寫(xiě)作能力究竟是指什么呢？葉圣陶先生曾經(jīng)說(shuō)過(guò)，“大學(xué)畢業(yè)生不一定能寫(xiě)小說(shuō)詩(shī)歌，但是一定要寫(xiě)工作和生活中實(shí)用的文章，而且非寫(xiě)得既通順又扎實(shí)不可?！睂?duì)于大學(xué)生的寫(xiě)作能力應(yīng)包含什么，可能有多種理解，但從葉圣陶先生的談話中，我認(rèn)為：大學(xué)生寫(xiě)作能力應(yīng)包括應(yīng)用寫(xiě)作能力和文學(xué)寫(xiě)作能力，而前者是必須的，后者是“不一定”要具備，能具備則更好。眾所周知，對(duì)于大學(xué)生來(lái)說(shuō)，是要寫(xiě)畢業(yè)論文的，我認(rèn)為寫(xiě)作論文的能力可以包含在應(yīng)用寫(xiě)作能力之中。大學(xué)生寫(xiě)作能力的體現(xiàn)，也往往是在撰寫(xiě)畢業(yè)論文中集中體現(xiàn)出來(lái)的。本科畢業(yè)論文無(wú)論是對(duì)于學(xué)生個(gè)人還是對(duì)于院系和學(xué)校來(lái)說(shuō)，都是十分重要的。如何提高本科畢業(yè)論文的質(zhì)量和水平，就成為教育行政部門(mén)和高校都很重視的一個(gè)重要課題。如何提高大學(xué)生的寫(xiě)作能力的問(wèn)題必須得到社會(huì)的廣泛關(guān)注，并且提出對(duì)策去實(shí)施解決。二、造成大學(xué)生應(yīng)用文寫(xiě)作困境的原因：（一）大學(xué)寫(xiě)作課開(kāi)設(shè)結(jié)構(gòu)不合理。就目前中國(guó)多數(shù)高校的學(xué)科設(shè)置來(lái)看，除了中文專(zhuān)業(yè)會(huì)系統(tǒng)開(kāi)設(shè)寫(xiě)作的系列課程外，其他專(zhuān)業(yè)的學(xué)生都只開(kāi)設(shè)了普及性的《大學(xué)語(yǔ)文》課。學(xué)生寫(xiě)作能力的提高是一項(xiàng)艱巨復(fù)雜的任務(wù)，而我們的課程設(shè)置僅把這一任務(wù)交給了大學(xué)語(yǔ)文教師，可大學(xué)語(yǔ)文教師既要在有限課時(shí)時(shí)間內(nèi)普及相關(guān)經(jīng)典名著知識(shí)，又要適度提高學(xué)生的鑒賞能力，且要教會(huì)學(xué)生寫(xiě)作規(guī)律并提高寫(xiě)作能力，任務(wù)之重實(shí)難完成。（二）對(duì)實(shí)用寫(xiě)作的普遍性不重視?！按髮W(xué)語(yǔ)文”教育已經(jīng)被嚴(yán)重地“邊緣化”。目前對(duì)中國(guó)語(yǔ)文的態(tài)度淡漠，而是呈現(xiàn)出全民學(xué)英語(yǔ)的大好勢(shì)頭。中小學(xué)如此，大學(xué)更是如此。對(duì)我們的母語(yǔ)中國(guó)語(yǔ)文，在大學(xué)反而被漠視，沒(méi)有相關(guān)的課程的設(shè)置，沒(méi)有系統(tǒng)的學(xué)習(xí)實(shí)踐訓(xùn)練。這其實(shí)是國(guó)人的一種偏見(jiàn)。應(yīng)用寫(xiě)作有它自身的規(guī)律和方法。一個(gè)人學(xué)問(wèn)很大，會(huì)寫(xiě)小說(shuō)、詩(shī)歌、戲劇等，但如果不曉得應(yīng)用文寫(xiě)作的特點(diǎn)和方法，他就寫(xiě)不好應(yīng)用文。（三）部分大學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度不端正。很多非中文專(zhuān)業(yè)的大學(xué)生對(duì)寫(xiě)作的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練都只是集中在《大學(xué)語(yǔ)文》這一門(mén)課上，大部分學(xué)生只愿意被動(dòng)地接受大學(xué)語(yǔ)文老師所講授的文學(xué)經(jīng)典故事，而對(duì)于需要學(xué)生動(dòng)手動(dòng)腦去寫(xiě)的作文，卻是盡可能應(yīng)付差事，這樣勢(shì)必不能讓大學(xué)生的寫(xiě)作水平有所提高。（四）教師的實(shí)踐性教學(xué)不強(qiáng)。學(xué)生寫(xiě)作能力的提高是一項(xiàng)艱巨復(fù)雜的任務(wù)，但在教學(xué)中有不少教師過(guò)多注重理論知識(shí)，實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)卻往往被忽視。理論講了一大堆，但是實(shí)踐卻幾乎沒(méi)有，訓(xùn)練也少得可憐。閱讀與寫(xiě)作都需要很強(qiáng)的實(shí)踐操作，學(xué)習(xí)理論固然必不可少，但是閱讀方法和寫(xiě)作技巧的掌握才是最重要的。由于以上的原因，我們的大學(xué)生的寫(xiě)作水平著實(shí)令人堪憂，那么如何走出這一困境，筆者提出一些建議，希望能對(duì)大學(xué)生寫(xiě)作水平的提高有所幫助。三、提高大學(xué)生應(yīng)用寫(xiě)作能力的對(duì)策（一）把《應(yīng)用寫(xiě)作》課設(shè)置為大學(xué)生的必修課。在中國(guó)的每一所大學(xué)，《應(yīng)用寫(xiě)作》應(yīng)該成為大學(xué)生的必修課。因?yàn)樵谶@個(gè)被某些人形容為實(shí)用主義、功利主義甚囂塵上的時(shí)代，也是個(gè)人生存競(jìng)爭(zhēng)最激烈的時(shí)代，人們比任何時(shí)代都更需要學(xué)會(huì)寫(xiě)作實(shí)用性的文章，比如職場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的求職信，生活中的財(cái)經(jīng)文書(shū)、法律文書(shū)等，以提高個(gè)人的生存競(jìng)爭(zhēng)能力。（二）端正大學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度。首先，要讓大學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到實(shí)用寫(xiě)作課的重要性，這門(mén)課關(guān)乎到他人生的每一個(gè)方面，諸如就職，求愛(ài)，理財(cái)，人際交往等，是他終生都需要使用的一些基礎(chǔ)性的知識(shí)，也是他必備的一項(xiàng)生存技能。其次，實(shí)用寫(xiě)作有它自身的規(guī)律和方法。它不是你想怎樣寫(xiě)都行的，它有嚴(yán)格的格式性的要求，所以需要系統(tǒng)的研究學(xué)習(xí)。最后，實(shí)用寫(xiě)作課的實(shí)踐性非常強(qiáng)，所以學(xué)生們不能只學(xué)不練，并且要克服手懶的壞習(xí)慣，勤學(xué)勤練，為今后的工作生活打好基礎(chǔ)。（三）注重實(shí)踐課的訓(xùn)練。要提高大學(xué)生的實(shí)用寫(xiě)作能力，那么實(shí)踐寫(xiě)作環(huán)節(jié)是必不可少的。要想使學(xué)員真正具備實(shí)用寫(xiě)作能力，必須重視實(shí)用寫(xiě)作訓(xùn)練，力求使理論講授與寫(xiě)作訓(xùn)練互相緊扣進(jìn)行。教師在授課過(guò)程中，應(yīng)該把理論教學(xué)的部分適當(dāng)壓縮，把更多的時(shí)間用來(lái)實(shí)踐訓(xùn)練。在訓(xùn)練之前，可以通過(guò)對(duì)優(yōu)秀案例的精講分析，讓學(xué)生掌握基本的寫(xiě)作規(guī)律，然后趁熱打鐵，讓學(xué)生立即開(kāi)始寫(xiě)作訓(xùn)練，最后通過(guò)大家互評(píng)，教師點(diǎn)評(píng)的方式，起到舉一反三的作用，讓學(xué)生知道應(yīng)該如何寫(xiě)，還要寫(xiě)出來(lái)，并且知道寫(xiě)得怎么樣。此外，在教學(xué)上，教師也可以與學(xué)生一起探討如何學(xué)習(xí)，如《實(shí)用寫(xiě)作》這門(mén)課程，如何上，怎樣上，都可以讓學(xué)生參與進(jìn)來(lái)，讓學(xué)生編制一些案例，在課堂上與大家分享，一起討論。這樣，一方面調(diào)動(dòng)大家的學(xué)習(xí)熱情，另一方面，又提高他們綜合分析能力。學(xué)生只有在實(shí)踐中才能真正掌握和把握實(shí)用寫(xiě)作的技巧和方法。（四）大學(xué)寫(xiě)作教師要加強(qiáng)自身能力的提高。要提高大學(xué)生的實(shí)用寫(xiě)作能力，那么作為教練員的大學(xué)寫(xiě)作教師就應(yīng)該具備更高的實(shí)用寫(xiě)作能力。大學(xué)寫(xiě)作教師不僅要有深厚的文學(xué)