《高等數(shù)學（經(jīng)濟類）下冊 第2版》習題及答案 第八章 空間解析幾何答案

習題8-1（A）1．求空間兩點與之間的距離．解：．2．寫出點的對稱點坐標：（1）分別關(guān)于、、平面的對稱點坐標；（2）分別關(guān)于軸、軸、軸的對稱點坐標；（3）關(guān)于原點的對稱點坐標．答案：（1）；；．（2）；；．（3）．3．判斷由，，三點構(gòu)成的三角形的形狀．解：因為，，，進一步，計算可得，所以為直角三角形．4．求點到各個坐標軸之間的距離．答案：點到軸的距離，點到軸的距離，點到軸的距離．5．在軸上求一點，使它到點和的距離相等．解：由題意設(shè)點，且滿足，即，解得，所以．6．一動點與定點的距離為，求動點所滿足的方程．解：由題意，所以，即．一動點與兩定點與距離相等，求動點所滿足的方程．解：由題意，即，整理得．

習題8-2（A）1．設(shè)向量，，求．解：．2．已知點是線段的中點，是線段外一點，若，，求．解：由題意知，，因此，．3．設(shè)點分別是四邊形兩對角線與之中點，若，，求．解：設(shè)中點為，中位線，中位線，所以在中，．4．已知向量，求以及與平行的單位向量．解：，與平行的單位向量．5．若，，且向量與的夾角為，求：（1）；（2）；（3）；（4）；（5）；（6）．解：（1）；（2）；（3）；（4）；（5）；（6）．6．已知向量、，求、及．解：；；，，由可知，所以．7．設(shè)，，求向量的方向角和方向余弦．解：，，方向余弦，，方向角，，．8．一向量的終點為且它在軸、軸、軸上的投影依次為，和，求這個向量的起點的坐標．解：由題意可知，設(shè)點坐標為，則，，，解得，，，所有點坐標為．9．若向量與向量垂直，求值．解：，解得或．10．求與向量、都垂直的單位向量．解：由題意，且，故所求單位向量為．11.已知點，，，求．解：因為，，所以，因此．12．若與垂直且都是單位向量，求以，為鄰邊的平行四邊形面積．答案：．解析：由題意，由向量積的幾何意義可知該平行四邊形的面積為：．習題8-2（B）1．證明向量與向量垂直．證：，因為，故，所以．2．用向量證明三角不等式．證：設(shè)，，，則，兩邊平方得，即．又因，，，又，所以即，故．3．已知向量滿足，，，求．解：，，，所以．4．已知向量滿足，且，，求．解：，因為，，，則，又因，，所以．5．已知向量、、兩兩垂直，且、、，設(shè)，求以及與的夾角．解：，所以.又因，所以，故與的夾角．6．兩個非零向量和滿足如下條件：向量與垂直，并且向量與垂直，求向量，的夾角．解：設(shè)向量與的夾角為，由，有；由，有，上述兩個方程聯(lián)立，解得，得，所以向量與的夾角為．

習題8-3（A）分別求滿足下列各條件的平面方程：（1）過點且垂直于軸；（2）過點且平行于平面；（3）過點且與線段垂直，其中為坐標原點；（4）過三點，，；（5）線段的垂直平分面，其中，；（6）平行于平面且過點；（7）過軸和點；（8）過軸且垂直于平面；（9）過原點及點且垂直平面；（10）過點且在軸和軸上的截距分別為和．解：（1）由于所求平面垂直于軸，故所求平面平行于平面，所以所求平面的方程為；（2）設(shè)所求平面為，又因為其過點，代入得，所以所求平面方程為；（3）向量即為所求平面的法向量，又平面過點，所以所求平面方程為，即；（4）所求平面的法向量為，代入點，得到所求平面方程為，即；（5）即為所求平面的法向量，且過線段的中點，所以所求平面方程為，即；（6）由題意所求平面垂直于軸，且過點，所以所求平面方程為；（7）設(shè)所求平面方程為，代入點得，所以所求平面方程為；（8）所求平面的法向量為，且過原點，所以所求平面方程為；（9）所求平面的法向量為，所以所求平面方程為；（10）由題意設(shè)所求平面的截距式方程為，其中為平面在軸上的截距，代入點，解得，所以所求平面為．指出下列各平面的特殊位置，并作平面的草圖：（1）；（2）；（3）；（4）；（5）；（6）．答案：（1）平面；（2）垂直于軸的平面；（3）平行于軸的平面；（4）平行于軸的平面；（5）在軸、軸和軸上截距全為1的平面；（6）在軸、軸和軸上截距分別為2、和4的平面；求平面與平面的夾角．解：，，，所以兩平面夾角．一平面過點且在各坐標軸上的截距相等，求該平面方程．解：由題意設(shè)所求平面方程為，代入得，所以所求平面為．一平面過點，且與平面和都垂直，求該平面方程．解：由題意知所求平面的法向，又知其過點，所以得到所求平面方程為，即．求點到平面的距離．解：由點到平面的距離公式可得．習題8-3（B）1．一平面過兩點，,且在三個坐標軸上的截距之和為零，求該平面方程．解：設(shè)所求平面方程為，且，將點，代入平面方程中，聯(lián)立方程組解得，或，所以所求平面方程為或．2．一動點與平面的距離等于它到軸的距離，求動點的軌跡．解：由題意點到軸的距離為，點到平面的距離為，所以，解得，即為動點的軌跡．3．設(shè)平面位于平面與平面之間，且將此兩平面的距離分為︰，求平面的方程．解：平面與之間的距離為．設(shè)所求平面方程為，則與的距離應(yīng)為，與的距離應(yīng)為，而，于是，得，所以所求平面方程為．4．一平面與平面平行，若點到兩平面的距離相等，求該平面的方程．解：依題意設(shè)所求平面方程為，又點到兩平面的距離相等，則，即，得，（舍），所以所求平面方程為．5．求過軸且與點的距離為的平面方程．解：由過軸，設(shè)所求平面方程為，由點到的距離為，有，即，得，所求方程為，即．6．求平行于平面且與三坐標平面所構(gòu)成的四面體的體積為個單位的平面的方程．解：設(shè)所求平面的方程為，即，由題意，解得，所求平面方程為．

習題8-4（A）分別求滿足下列各條件的直線方程：過點且與直線平行；過原點垂直于平面；過兩點，；過點且與兩平面及都平行；過點且與直線平行．答案：（1）；（2）；（3）（或）；（4）；（5）．分別求滿足下列各條件的平面方程：過點且垂直于直線過點及直線；過軸，且平行于直線：過兩平行直線與．答案：（1）；（2）；（3）；（4）．用對稱式方程及參數(shù)方程表示直線解：先在直線上找一點，令，解方程組，得.故點在直線上．再求直線的方向向量，由題意可知，所以對稱式方程為，從而參數(shù)式方程為求兩直線與的夾角．解：由已知，有直線的方向向量為，直線的方向向量為，由夾角公式可得，所以．求直線與平面的夾角．解：直線的方向向量，平面的法線向量，由直線與平面的夾角公式，有．6．試確定下列各組中的直線與平面的位置關(guān)系：（1）和；（2）和；（3）和；（4）和．答案：（1）平行；（2）垂直；（3）平行；（4）垂直．求直線與平面的交點．解：將直線改寫為參數(shù)方程，將其代入到平面方程之中，有，即，得，再將代到直線的參數(shù)方程之中，得，所以直線與平面的交點為．8．設(shè)直線，，求同時平行于且與它們等距的平面方程．解：所求平面的法向量，則其方程為，下面求．在上取點，在上取點，利用點到平面距離相等可得：，解得.因此，所求平面為．9．求點在平面點上的投影．解：做過點且垂直于平面的直線方程為，該直線與平面的交點即為所求的投影點．習題8-4（B）1．求點關(guān)于直線的對稱點的坐標．解：設(shè)，過做平面，則的方程為，求得直線與平面的交點為，則點是線段的中點，因此由中點公式得．2．求原點關(guān)于平面的對稱點.解：過原點做該平面的垂線，代入平面方程解得，得直線與平面的交點為．設(shè)所求對稱點為，則有，所以．3．求點到直線的距離．解：過點作一個垂直于直線的平面，方程為，即將直線的參數(shù)方程代入到平面方程中，得所以直線與平面的交點坐標為，所以點到直線的距離為點與交點的距離，即所求距離為．4．設(shè)直線在平面上的投影方程為，在平面上的投影方程為，求直線在平面上的投影方程．解：設(shè)過直線的平面束方程為，即，若該平面與軸平行，則有，所以在平面上的投影方程為．5．若直線與相交，求的值及其交點的坐標．解：兩直線相交即共面，有，，，所以．下面求交點：將直線方程改寫為參數(shù)方程，，與相交時，下列方程組應(yīng)有解：，解得，代入?yún)?shù)方程得到交點坐標為．求過直線且與球面相切的平面方程．解：所求平面為，即，球心為原點，到平面的距離等于半徑，所以，分子分母平方相等化簡得，即，解得或，代入方程，得所求平面為或．7．求過原點，且經(jīng)過點到直線的垂線的平面方程．解：由已知得的方向向量，過點做直線的垂直平面，其方程為，即.設(shè)交點為直線與此平面的交點，解得.由于所求平面過原點，可設(shè)其方程為,將、坐標代入平面方程得：解得.故所求平面方程為．

習題8-5（A）分別寫出滿足下列各條件的曲面方程：（1）以點為球心，為半徑的球面方程；（2）以點為球心，且過原點的球面方程；（3）與兩定點和等距的動點軌跡；（4）與原點及定點的距離之比為1﹕2的動點軌跡．答案：（1）；（2）；（3）；（4）．2．求出下列球面方程的球心坐標及半徑：（1）；（2）．答案：（1）球心，半徑；（2）球心，半徑．寫出滿足下列條件的旋轉(zhuǎn)曲面方程：（1）面上拋物線繞軸旋轉(zhuǎn)一周；（2）面上直線繞軸旋轉(zhuǎn)一周；（3）面上橢圓分別繞及軸旋轉(zhuǎn)一周；（4）面上雙曲線分別繞及軸旋轉(zhuǎn)一周．答案：（1）；（2）；（3）繞軸：，繞軸：；（4）繞軸：；繞軸：．4．分別在平面直角坐標系和空間直角坐標系下，指出下列方程所表示的圖形名稱：（1）；（2）；（3）.答案：（1）在平面直角坐標系下表示一條直線，在空間直角坐標系下表示一個平面；（2）在平面直角坐標系下表示一條雙曲線，在空間直角坐標系下表示一個雙曲柱面；（3）在平面直角坐標系下表示一個橢圓，在空間直角坐標系下表示一個橢圓柱面；．5．畫出下列各方程所表示的曲面：（1）；（2）（3）；（4）．答案：略．習題8-5（B）一球面過原點和、和，求該球面的方程．解：設(shè)球面方程為，由于它過、和，因此解得因此，該球面的方程為．畫出下列各曲面所圍立體的圖形:（1），，，，（在第一卦限內(nèi)）；（2），，，，（在第一卦限內(nèi)）．答案：略．

習題8-6（A）說出下列曲線的名稱，指出曲線的特點并作出曲線的草圖.（1）（2）（3）（4）答案：（1）直線；（2）圓；（3）雙曲線；（4）拋物線．2．分別在平面直角坐標系和空間直角坐標系下，指出下列方程所表示的圖形名稱．（1）（2）答案：（1）在平面直角坐標系下表示一個點，在空間直角坐標系下表示一條直線；（2）在平面直角坐標系下表示兩個點，在空間直角坐標系下表示兩條直線.求曲線在面上的投影．解：由有.因此，曲線在面上的投影為求曲線在面上的投影．解：由有.因此，曲線在面上的投影為畫出下列空間區(qū)域的草圖．（1）由平面及三個坐標面圍成；（2）由圓錐面及上半球面圍成；（3）由拋物面，平面，及圍成；（4）是由不等式及確定的第一卦限的部分．答案：略．6．作出下列空間區(qū)域在面及面上的投影區(qū)域．（1）介于球面內(nèi)的圓柱體；（2）由圓錐面及拋物柱面圍成．答案：略．習題8-6（B）分別求母線平行于軸與軸且都通過曲線的柱面方程．答案：平行于軸：；平行于軸：．求曲線的參數(shù)方程．答案：．

總習題八一、填空題1．設(shè)向量，，且，，與的夾角，則向量與的數(shù)量積；答案：．解析：．2．同時垂直于和的單位向量為；答案：．解析：，所以，即為所求單位向量．3．設(shè)單位向量的兩個方向余弦為，，則向量的坐標為；答案：．解析：設(shè)第三個方向角為，由，得所以．4．過點且平行于直線和直線的平面方程是；答案：．解析：由題意可求得兩直線的方向向量分別為，，所以所求平面的法向量為，又因為所求平面過點，由點法式得平面方程為，化簡得．5．過點且與平面垂直的直線方程為；答案：．解析：因為所求直線與所給平面垂直，所以方向向量為由對稱式得所求直線方程為．6．過點且通過直線的平面方程是；答案：．解析：點與題中的直線共面，所以點和直線通過的點所形成的向量，直線的方向向量為，所求平面的法向量為，所求平面方程為．7．平面上的拋物線繞軸旋轉(zhuǎn)所形成的旋轉(zhuǎn)曲面方程是，繞軸旋轉(zhuǎn)所形成的旋轉(zhuǎn)曲面方程是；答案：繞軸的旋轉(zhuǎn)曲面方程是，繞軸的旋轉(zhuǎn)曲面方程是．8．曲線在平面上的投影是；答案：．解析：曲線在坐標平面上的投影是坐標平面上的柱面與坐標平面的交線，坐標平面上的柱面方程是，坐標平面的，故投影方程是．二、選擇題：1．設(shè)向量與滿足，則與一定（）；(A)平行(B)同向(C)反向(D)垂直答案：C．解析：當與反向時，，故選C．2．設(shè)向量，則有（）；.(A)與垂直(B)與垂直(C)與垂直(D)與平行答案：C．解析：兩邊乘以，則，故與垂直.3.已知向量的方向平行于向量和之間的角平分線，且，則（）；(A) (B)(C)(D)答案：A．解析：由題意可知，則，，于是可設(shè)，又因，故，解得，所以，選A．4．設(shè)空間直線的方程為，則該直線必定（）；(A)過原點且垂直于軸 (B)不過原點但垂直于軸(C)過原點且垂直于軸 (D)不過原點但垂直于軸答案：A．解析：直線通過原點，且直線的方向向量為，軸的單位向量為，所以，，選A．5．已知平面通過點，且垂直于直線，則平面的方程是（）；(A)(B)(C)(D)答案：B．解析：由題意所求平面的法向量就是所給直線的方向向量，即，所以平面的方程為，選B．6．若直線與直線垂直，則（）；(A)(B)(C)(D)答案：.解析：直線的方向向量，直線的方向向量，由題意知，故，所以.7．下列結(jié)論中錯誤的是（）；(A)表示橢圓拋物面(B)表示雙葉雙曲面(C)表示圓錐面(D)表示拋物柱面 答案：B.解析：雙葉雙曲面的方程為，故選擇B.8．曲線在坐標平面上的投影是（）；(A)(B)(C)(D)答案：C．解析：聯(lián)立兩個曲面和，消去得到在坐標平面上的柱面方程為，該柱面與坐標平面的交線即為所求投影，故選C．三、解答題.1．一單位向量與軸軸的夾