1、空间中直线、平面的垂直1.若直线l 的方向向量为a=(1,-2,3) ，平面 的法向量为n=(-3,6,-9) ，则( )A.l B.lC.l D.l 与 相交答案： C2.（2020辽宁大连瓦房店高级中学高二月考）在四棱锥P-ABCD 中，底面ABCD 是平行四边形，AB=(2,-1,-4),AD=(4,2,0),AP=(-1,2,-1) ，则直线PA 与底面ABCD 的位置关系是( )A.平行B.垂直C.在平面内D.成60 角答案： B3.设直线l1,l2 的方向向量分别为a=(1,2,-2),b=(-2,3,m) ，若l1l2 ，则实数m 等于( )A.1B.2C.3D.4答案：B4.（
2、2020北京怀柔高二期末）若d=(1,1,-2) 是直线l 的方向向量，n=(-1,3,0) 是平面 的法向量，则直线l 与平面 的位置关系是( )A.直线l 在平面 内B.平行C.相交但不垂直D.垂直答案：C5.（多选题）（2021山东济宁曲阜一中高二段测）在正方体ABCD-A1B1C1D1 中，若E 为A1C1 的中点，则与直线CE 不垂直的有( )A.AC B.BDC.A1D D.A1A答案：ACD6.（多选题）如图所示，正方体ABCD-A1B1C1D1 的棱长为1,E、F、G 分别为BC、CC1、BB1 的中点，则( )A.直线D1D 与直线AF 垂直B.直线A1G 与平面AEF 平行
3、C.该正方体被平面AEF 截得的截面的面积为98D.直线EF 与直线GC 垂直答案：BC7.（2021安徽蚌埠田家炳中学高二月考）已知AB=(1,5,-2),BC=(3,1,z),BP=(x-1,y,-3) ，若ABBC, 且BP 平面ABC ，则BP= ( )A.(207,-157,-3) B.(407,-157,-3)C.(337,157,-3) D.(337,-157,-3)答案： D8.（2020陕西渭南高二期末）设u=(-2,2,t),v=(6,-4,5) 分别是平面, 的法向量，若 ，则实数t 的值是 .答案： 49.长方体ABCD-A1B1C1D1 被经过BD1 的动平面 所截,
4、 分别与棱CC1,AA1 交于点M,N, 得到截面BMD1N .如图所示，已知AB=BC=1,DD1=3 .求证：MNBD .答案：证明 以D 为原点，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如图，则D(0,0,0),B(1,1,0) ，依题意易得AN+CM=DD1=3 ，设N(1,0,t)(t0,3) ，则M(0,1,3-t) ，所以MN=(1,-1,2t-3) ，又DB=(1,1,0) ，所以MNDB=0 ，所以MNBD .素养提升练10.（多选题）如图，在正方体ABCD-A1B1C1D1 中，P,Q,M,N,H,R 分别为其所在棱的中点，则下列说法中正
5、确的是( )A.直线AD1 平面MNP B.HD1CQC.P,Q,H,R 四点共面D.A1C1 平面AB1D1答案： AC解析：因为M,N 分别为A1B1,C1D1 的中点，所以MNA1D1,又因为MN 平面ADD1A1,A1D1 平面ADD1A1, 所以MN 平面ADD1A1, 同理可得NP 平面ADD1A1, 又因为MNNP=N,MN,NP 平面MNP ，所以平面MNP 平面ADD1A1 ，又因为AD1 平面MNP ，所以AD1 平面MNP ，故A中说法正确;设正方体的棱长为2，建立空间直角坐标系，如图所以D1(0,0,2),H(2,0,1),C(0,2,0),Q(1,0,0),则HD1=
6、(-2,0,1),CQ=(1,-2,0), 所以HD1CQ=-2+0+00, 所以HD1 与CQ 不垂直，故B中说法错误；连接AC ，因为H,R 分别是AA1,CC1 的中点，所以HRAC ，又因为Q,P 分别为AD,DC 的中点，所以QPAC ，所以PQHR ，故P,Q,H,R 四点共面，所以C中说法正确;易知A(2,0,0),B1(2,2,2),D1(0,0,2),A1(2,0,2),C1(0,2,2),所以AB1=(0,2,2),AD1=(-2,0,2),A1C1=(-2,2,0), 因为A1C1AB10,AD1A1C10, 所以直线A1C1 不垂直于平面AB1D1 ，故D中说法错误.综
7、上，A、C正确.11.（多选题）在正方体ABCD-A1B1C1D1 中，E、F、G、H 分别为AB、CC1、A1D1、C1D1 的中点，则下列结论中正确的是( )A.A1EAC1 B.BF 平面ADD1A1C.BFDG D.A1ECH答案： BCD解析：设正方体的棱长为1，以D 为原点，DA、DC、DD1 所在的直线分别为x 轴、y 轴、z 轴建立如图所示的空间直角坐标系，则D(0,0,0),A1(1,0,1),E(1,12,0),C(0,1,0),F(0,1,12),C1(0,1,1),H(0,12,1),G(12,0,1),A(1,0,0),B(1,1,0),所以A1E=(0,12,-1)
8、,AC1=(-1,1,1),BF=(-1,0,12),DG=(12,0,1),CH=(0,-12,1) ，因为A1EAC1=-120, 所以A1E 与AC1 不垂直，故A中结论错误;易知平面ADD1A1 的一个法向量为v=(0,1,0).因为BFv=0, 所以BF 平面ADD1A1, 故B中结论正确;因为BFDG=0 ，所以BFDG ，故C中结论正确;因为A1E=-CH, 所以A1ECH, 故D中结论正确.12.如图，在三棱柱ABC-A1B1C1 中，四边形AA1C1C 是边长为3 的正方形，CC1BC,BC=1,AB=2 .（1）证明：平面A1BC 平面ABC1;（2）在线段A1B 上是否存
9、在点M ，使得CMBC1 ？若存在，求出BMBA1 的值;若不存在，请说明理由.答案：（1）证明：易知AC2+BC2=AB2 ，所以ACBC ，因为CC1BC,CC1AC=C,AC,CC1 平面ACC1A1, 所以BC 平面ACC1A1, 又AC1 平面ACC1A1, 所以BCAC1 .又四边形AA1C1C 是边长为3 的正方形，所以AC1A1 C.又BCA1C=C,BC,A1C 平面A1BC, 所以AC1 平面A1BC,又AC1 平面ABC1, 所以平面A1BC 平面ABC1.（2）存在.由（1）得，CA,CB,CC1 两两垂直，故以点C为原点，CA,CB,CC1 所在直线分别为x 轴，y
10、轴，z 轴建立空间直角坐标系，如图所示，则A(3,0,0),C(0,0,0),B(0,1,0),A1(3,0,3),C1(0,0,3), 设M(x,y,z) ，则BM=BA1(01) ，所以(x,y-1,z)=(3,-1,3) ，解得x=3,y=1-,z=3,所以CM=(3,1,3),C1B=(0,1,-3), 要使CMBC1 ，则CMC1B=0, 即1-3=0,解得=14 ，故在线段A1B 上存在点M, 使得CMBC1, 且BMBA1=14 .13.如图，在直三棱柱ABC-A1B1C1 中，点D、E、F 分别为线段A1C1、AB、A1A 的中点，A1A=AC=BC,ACB=90 .求证：（1
11、）DE 平面BCC1B1;（2）EF 平面B1CE .答案：（1）证明 根据题意建立如图所示的空间直角坐标系，设A1A=AC=BC=2 ，则A(2,0,0),C(0,0,0),B1(0,2,2),D(1,0,2),E(1,1,0),F(2,0,1),所以CA=(2,0,0),DE=(0,1,-2),EF=(1,-1,1),CB1=(0,2,2),EB1=(-1,1,2) .显然CA=(2,0,0) 是平面BCC1B1 的一个法向量，因为DECA=0 ，所以DECA .因为DE 平面BCC1B1,所以DE 平面BCC1B1.（2）设平面B1CE 的法向量为n=(x,y,z), 则nCB1=2y+
12、2z=0,nEB1=-x+y+2z=0,令z=-1 ，则y=1,x=-1 ，即n=(-1,1,-1) ，显然EFn, 所以EF 平面B1CE .14.如图，已知正方形ABCD 和矩形ACEF 所在的平面互相垂直，AB=2,AF=1,M 是线段EF 的中点.求证：平面ACEF 平面BDF .答案：证明 四边形ACEF 为矩形，CEAC ， 平面ABCD 平面ACEF ，平面ABCD 平面ACEF=AC ，CE 平面ABCD ，又 四边形ABCD 为正方形， 以点C 为坐标原点，CD、CB、CE 所在直线分别为x 轴、y 轴、z 轴建立空间直角坐标系Cxyz ，则A(2,2,0),B(0,2,0)
13、,D(2,0,0),F(2,2,1),M(22,22,1) ，AM=(-22,-22,1),DF=(0,2,1),BD=(2,-2,0) .设n=(x,y,z) 是平面BDF 的法向量，则nBD,nDF,nBD=2x-2y=0,nDF=2y+z=0,取y=1 ，得x=1,z=-2 ，则n=(1,1,-2) .n=-2AM,n 与AM 共线，AM 平面BDF ，又AM 平面ACEF ， 平面ACEF 平面BDF .创新拓展练15.如图所示，在四棱锥P-ABCD 中，底面ABCD 为正方形，PA 平面ABCD ，点E 在线段PC 上（不含端点）.（1）是否存在点E ，使PC 平面BDE ？请说明理
14、由；（2）是否存在点E ，使平面PCD 平面AED ？请说明理由.命题分析 本题考查了利用空间向量证明线面垂直和面面垂直.答题要领 建立空间直角坐标系，设AB=a,AP=c,a0,c0 ，写出各点坐标及向量坐标.（1）利用PE=PC,BE=PE-PB, 将BE 用坐标表示，设n=(x,y,z) 是平面BDE 的法向量，利用向量垂直数量积为0 可得方程组，再利用PCn ，即可求出 的值.（2）设n1=(x1,y1,z1) 是平面PCD 的法向量，n2=(x2,y2,z2) 是平面AED 的法向量，若平面PCD 平面AED ，则n1n2=0 ，可得方程.若方程无解，则说明点E 不存在，若方程有解，
15、则说明点E 存在.详细解析（1） 底面ABCD 为正方形，ABAD ，又PA 平面ABCD ， 以点A 为坐标原点，建立如图所示的空间直角坐标系，设AB=a,AP=c,a0,c0 ，则A(0,0,0),B(a,0,0),C(a,a,0),D(0,a,0),P(0,0,c),BD=(-a,a,0),PC=(a,a,-c),PB=(a,0,-c),DC=(a,0,0),PA=(0,0,-c),AD=(0,a,0).设PE=PC,01 ，则BE=PE-PB=PC-PB=(a,a,-c)-(a,0,-c)=(a-a,a,c-c) ，设n=(x,y,z) 是平面BDE 的法向量，则nBD=0,nBE=0
16、,即-ax+ay=0,(a-a)x+ay+(c-c)z=0,令x=1 ，则y=1,z=a-2ac-c ，n=(1,1,a-2ac-c) 是平面BDE 的一个法向量，若PC 平面BDE ，则PCn ，a1=-ca-2ac-c, 解得=c2+a22a2+c2,即存在点E ，使得PC 平面BDE .（2）设n1=(x1,y1,z1) 是平面PCD 的法向量，则n1PC=ax1+ay1-cz1=0,n1DC=ax1=0,令y1=c, 则x1=0,z1=a,n1=(0,c,a) 是平面PCD 的一个法向量.设PE=PC,01 ，则AE=PE-PA=PC-PA=(a,a,c-c) .设n2=(x2,y2,z2) 是平面AED 的法向量，则n2AE=ax2+ay2+cz2-cz2=0,n2AD=ay2=0,令x2=-c, 则z2=a1-,y2=0,n2=(-c,0,a1-) 是平面AED 的一个法向量. 平面PCD 平面AED ，n1n2=0,即a21-=0 ，此方程无解， 不存在点E ，使n1n2 ，即不存在点E ，使平面PCD 平面AED .解题感悟 （1）用向量法判定线面垂直，只需证明直线的方向向量与平面的法向量平行或直线的方向向量与平面内两条相交直线的方向向量垂直.（2）用向量法判定两个平面垂直，只需求出这两个平面的法向量，再看它们的数量积是不是0.11