| 1.4.1 用空间向量研究直线、平面的位置关系 题目答案及解析

稿件来源:高途

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选择性必修一

第一章 空间向量与立体几何

1.4 空间向量的应用

1.4.1 用空间向量研究直线、平面的位置关系

如图所示,在棱长为$2$的正方体$ABCD-A_{1}B_{1}C_{1}D_{1}$中,$E$$F$分别为棱$AA_{1}$$BB_{1}$的中点,以$D$为原点,$DA$$DC$$DD_{1}$所在直线为$x$$y$$z$轴建立空间直角坐标系,则下列结论正确的是$(\qquad)$

["

$D_{1}E\\perp CF$

","

$\\boldsymbol{a}=(1,0,2)$是平面$EFD_{1}$的一个法向量

","

直线$CF$与平面$EFD_{1}$夹角的正弦值为$\\dfrac{4}{5}$

","

$C$到平面$EFD_{1}$的距离为$\\dfrac{4\\sqrt{5}}{5}$

"]
[["BCD"]]

$\rm A$中,由题意可得$D_{1}(0$$0$$2)$$E(2$$0$$1)$$C(0$$2$$0)$$F(2$$2$$1)$

可得$\overrightarrow{{D}_{1}E}=(2$$0$$-1)$$\overrightarrow{CF}=(2$$0$$1)$

$\because \overrightarrow{{D}_{1}E}\cdot \overrightarrow{CF}=2\times 2+0\times 0+(-1)\times 1=3\ne 0$

$\therefore \overrightarrow{{D}_{1}E}$$\overrightarrow{CF}$不垂直,

$\therefore \rm A$不正确;

$\rm B$中,由$\rm A$选项可得:$\overrightarrow{EF}=(0$$2$$0)$$\overrightarrow{E{D}_{1}}=(-2$$0$$1)$

设平面$EFD_{1}$的法向量$\boldsymbol{n}=(x,y,z)$,则$\begin{cases}{\boldsymbol{n}\cdot \overrightarrow{EF}=0}\\ {\boldsymbol{n}\cdot \overrightarrow{E{D}_{1}}=0}\end{cases}$,即$\begin{cases}{2y=0}\\ {-2x+z=0}\end{cases}$

$x=1$,则$\boldsymbol{n}=(1$$0$$2)$

$\therefore \boldsymbol{a}=\boldsymbol{n}=(1$$0$$2)$

$\therefore \rm B$正确;

$\rm C$中,由$\rm A$选项可得:$\overrightarrow{CF}=(2$$0$$1)$$\overrightarrow{CF}\cdot \boldsymbol{n}=2\times 1+0\times 0+1\times 2=4$$\vert \overrightarrow{CF}\vert =\sqrt{{2}^{2}+{0}^{2}+{1}^{2}}=\sqrt{5}$$\vert \boldsymbol{n}\vert =\sqrt{{1}^{2}+{0}^{2}+{2}^{2}}=\sqrt{5}$

$\therefore \cos \lt \overrightarrow{CF}$$\boldsymbol{n}\gt =\dfrac{\overrightarrow{CF}\cdot \boldsymbol{n}}{\vert \overrightarrow{CF}\vert \cdot \vert \boldsymbol{n}\vert }=\dfrac{4}{\sqrt{5}\times \sqrt{5}}=\dfrac{4}{5}$

设直线$CF$与平面$EFD_{1}$夹角为$\theta$,则$\sin \theta =\vert \cos \lt \overrightarrow{CF}$$\boldsymbol{n}\gt \vert =\dfrac{4}{5}$

即直线$CF$与平面$EFD_{1}$夹角的正弦值为$\dfrac{4}{5}$

$\therefore \rm C$正确;

$\rm D$中,由$\rm C$选项可得:$\overrightarrow{CF}\cdot \boldsymbol{n}=4$$\vert \boldsymbol{n}\vert =\sqrt{5}$

$\therefore C$到平面$EFD_{1}$的距离$d=\vert \overrightarrow{CF}\cdot \dfrac{\boldsymbol{n}}{\vert \boldsymbol{n}\vert }\vert =\dfrac{4}{\sqrt{5}}=\dfrac{4\sqrt{5}}{5}$

$\therefore \rm D$正确.

故选:$\rm BCD$

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