高中数学 课时分层作业23 平面的法向量与平面的向量表示（含解析）新人教B版选修2-1-新人教B版高二选修2-1数学试题VIP专享VIP免费

课时分层作业(二十三)平面的法向量与平面的向量表示(建议用时：60分钟)[基础达标练]一、选择题1．设平面α的法向量为(1，－2,2)，平面β的法向量为(2，λ，4)，若α∥β，则λ等于()A．2B．4C．－2D．－4D[ α∥β，∴(1，－2,2)＝m(2，λ，4)，∴λ＝－4.]2．若平面α，β的法向量分别为a＝(－1,2,4)，b＝(x，－1，－2)，并且α⊥β，则x的值为()A．10B．－10C.D．－B[因为α⊥β，所以它们的法向量也互相垂直，所以a·b＝(－1,2,4)·(x，－1，－2)＝0，即－x－2－8＝0，解得x＝－10.]3．已知AB＝(2,2,1)，AC＝(4,5,3)，则平面ABC的一个单位法向量可表示为()A．a＝(－1,2，－2)B．a＝C．a＝D．a＝C[设平面的法向量为a＝(x，y，z)，则有∴，令z＝1，得y＝－1，x＝，∴a＝故平面ABC的一个单位法向量为a＝.]4．已知AB＝(－3,1,2)，平面α的一个法向量为n＝(2，－2,4)，点A不在平面α内，则直线AB与平面α的位置关系为()A．AB⊥αB．AB⊂αC．AB与α相交但不垂直D．AB∥αD[因为n·AB＝2×(－3)＋(－2)×1＋4×2＝0，所以n⊥AB.又点A不在平面α内，n为平面α的一个法向量，所以AB∥α，故选D.]5．如图所示，在三棱锥PABC中，PA⊥BC，PB⊥AC，点G是P在平面ABC内的射影，则G是△ABC的()A．内心B．外心C．垂心D．重心C[连接AG，BG(图略)，则AG，BG分别为AP，BP在平面ABC内的射影．因为PA⊥BC，所以由三垂线定理的逆定理知AG⊥BC，同理，BG⊥AC，所以G是△ABC的垂心．故选C.]二、填空题6．已知l∥α，且l的方向量为(2，－8,1)，平面α的法向量为(1，y,2)，则y＝________.[ l∥α，∴(2，－8,1)·(1，y,2)＝0，而2×1－8y＋2＝0，∴y＝.]7．若A，B，C是平面α内的三点，设平面α的法向量a＝(x，y，z)，则x∶y∶z＝________.2∶3∶(－4)[由题意，知AB＝，AC＝.由于a为平面α的法向量，所以a·AB＝0，a·AC＝0，即，所以，所以x∶y∶z＝y∶y∶＝2∶3∶(－4)．]8．已知点P是平行四边形ABCD所在的平面外一点，如果AB＝(2，－1，－4)，AD＝(4,2,0)，AP＝(－1,2，－1)．1对于结论：①AP⊥AB；②AP⊥AD；③AP是平面ABCD的法向量；④AP∥BD.其中正确的是________(填序号)．①②③[AP·AB＝(－1,2，－1)·(2，－1，－4)＝－1×2＋2×(－1)＋(－1)×(－4)＝0，∴AP⊥AB，即①正确．AP·AD＝(－1,2，－1)·(4,2,0)＝－1×4＋2×2＋(－1)×0＝0.∴AP⊥AD，即②正确．又 AB∩AD＝A，∴AP⊥平面ABCD，即AP是平面ABCD的一个法向量，③正确．④不正确．]三、解答题9.如图所示，已知四棱锥PABCD的底面是直角梯形，∠ABC＝∠BCD＝90°，AB＝BC＝PB＝PC＝2CD，侧面PBC⊥底面ABCD.求证：PA⊥BD.[证明]如图，取BC的中点O，连接AO交BD于点E，连接PO.因为PB＝PC，所以PO⊥BC.又平面PBC⊥平面ABCD，平面PBC∩平面ABCD＝BC，所以PO⊥平面ABCD，所以AP在平面ABCD内的射影为AO.在直角梯形ABCD中，由于AB＝BC＝2CD，易知Rt△ABO≌Rt△BCD，所以∠BEO＝∠OAB＋∠DBA＝∠DBC＋∠DBA＝90°，即AO⊥BD.由三垂线定理，得PA⊥BD.10．已知正方体ABCDA1B1C1D1中，E为棱CC1上的动点．(1)求证：A1E⊥BD；(2)若平面A1BD⊥平面EBD，试确定E点的位置．[解]以D为坐标原点，以DA，DC，DD1所在直线分别为x轴，y轴，z轴，建立空间直角坐标系．设正方体棱长为a，则D(0,0,0)，A(a,0,0)，B(a，a,0)，C(0，a,0)，A1(a,0，a)，C1(0，a，a)．设E(0，a，e)(0≤e≤a)．(1)A1E＝(－a，a，e－a)，BD＝(－a，－a,0)，A1E·BD＝a2－a2＋(e－a)·0＝0，∴A1E⊥BD，即A1E⊥BD.(2)设平面A1BD，平面EBD的法向量分别为n1＝(x1，y1，z1)，n2＝(x2，y2，z2)． DB＝(a，a,0)，DA1＝(a,0，a)，DE＝(0，a，e)．∴即取x1＝x2＝1，得n1＝(1，－1，－1)，n2＝.由平面A1BD⊥平面EBD得n1⊥n2.∴n1·n2＝2－＝0，即e＝.∴当E为CC1的中点时，平面A1BD⊥平面EBD.2[能力提升练]1．已知A(1,0,0)，B(0,1,0)，C(0,0,1)，则平面ABC的一个单位法向量是()A.B.C.D.D[AB＝(－1,1,0)，AC＝(－1,0,1)．设平面ABC的一个法向量为n＝(x，y，z)． ∴令x＝1，则y＝1，z＝1，∴n＝(1,1,1)，单位法向量为±＝±.]2．已知平面α内有一点M(1，－1,2)，平面α的一个法向量为n＝(6，－3,6)...