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人教版高中数学A版选择性必修1(全册)教案+课件+导学案

  • 2026-03-29 10:45:00
人教版高中数学A版选择性必修1(全册)教案+课件+导学案

目录

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第一章 空间向量与立体几何

  1.1 空间向量及其运算

  1.2 空间向量基本定理

  1.3 空间向量及其运算的坐标表示

  1.4 空间向量的应用

第二章 直线和圆的方程

  2.1 直线的倾斜角与斜率

  2.2 直线的方程

  2.3 直线的交点坐标与距离公式

  2.4 圆的方程

  2.5 直线与圆、圆与圆的位置

第三章 圆锥曲线的方程

  3.1 椭圆

  3.2 双曲线

  3.3 抛物线

部分中英文汇索引

资料展示

资料部分展示

1.1.1空间向量及其线性运算

一、内容及内容解析

1.内容

1)空间向量及相关概念

2)空间向量的概念、表示法,以及长度(模)、零向量、单位向量、相反向量、共线向量(平行向量)、相等向量等相关概念

3)空间向量的线性运算

4)空间向量线性运算的运算律

5)空间向量共线的充要条件

6)空间向量共面的充要条件

本单元教学需2课时.第一课时,空间向量及其运算;第二课时,空间向量的数量积运算.这里给出第一课时的教学设计.

2.内容解析

1)内容的本质

向量是具有大小和方向的量,这一概念既适用于平面,也适用于空间.实际上,平面向量都可以看作空间向量,空间向量的概念、表示与平面向量具有一致性.

另外,由于任意两个空间向量都可以平移到一个平面内,两个空间向量的加法、数乘、数量积运算与平面向量也具有一致性.因此学习本节内容的主要方法是类比,即类比平面向量的相关概念学习空间向量的相关概念,类比平面向量的运算学习空间向量的运算,类比用平面向量解决平面几何问题的方法利用空间向量解决简单的立体几何问题.

教学中,要充分关注这种学习的可迁移性,鼓励学生自主探究,在梳理平面向量及其运算的学习内容、过程和方法的基础上,类比提出空间向量及其运算的学习内容、过程和方法,将平面向量及其运算推广到空间.

2)蕴含的思想与方法

教学中,要结合具体问题,引导学生类比利用平面向量解决平面几何问题的三步曲的思路和方法.

3)培育的数学核心素养

学习利用空间向量解决立体几何问题,从中体会用空间向量解决立体几何问题的基本思路和方法,发展数学运算、逻辑推理等数学学科核心素养.

4)教学重点

在用空间向量解决立体几何问题的过程中,首先要用空间向量表示立体图形中的几何元素,然后利用空间向量的运算研究空间图形之间的平行、垂直等位置关系以及距离、夹角等度量问题,最后再把空间向量运算的结果翻译成相应的几何结论.因此,空间向量的概念及其运算的内容是用空间向量解决立体几何问题的基础,也是本节教学的重点.

二、目标与目标解析

1.本单元教学目标

经历由平面向量推广到空间向量的过程,了解空间向量的概念.

经历由平面向量的运算及其法则推广到空间向量的过程.

掌握空间向量的线性运算和数量积运算.

了解空间向量投影的概念以及投影向量的意义.

2.目标解析

达成上述目标的标志是:

通过注意引导学生与平面向量及其运算作类比,让学生经历向量由平面向空间推广的过程;

结合具体实例,学生能在教师启发引导下,掌握在展开空间向量及其运算内容时,教科书同步安排了利用空间向量解决相关的简单立体几何问题的实例;

熟练掌握空间向量的基本概念和基本运算.

三、教学问题诊断分析

1.问题诊断

在本节学习中,由于学生已有立体几何初步的基础,已有空间直线、平面平行、垂直等概念,将向量的概念、运算从平面推广到空间对学生来说并不困难,但这一过程仍要一步步地进行.由于现在研究的范围已由平面扩展到空间,而我们研究的是自由向量,一个向量可以确定空间的一个平移,两个不平行向量确定的平面已经不只是一个平面,而是互相平行的平面集,这些都需要学生对向量有新的理解.另外,尽管在形式上空间向量的运算、运算律和平面向量一致,但在空间它们的几何表示是不同的,因此需要学生在空间上进一步体会其运算法则、验证其运算律,提高空间想象力,发展直观想象的数学学科核心素养.

2.教学难点

在本节,教科书在给出共线、共面向量的充要条件之后,安排了证明立体几何中四点共面的问题;在数量积运算之后安排了证明直线与平面垂直的判定定理以及其他一些简单的立体几何问题等.对于这些问题,尽管学生已经有了用平面向量解决平面几何问题的一些经验,但是由于初次接触用空间向量解决立体几何问题,图形的维数增加了,也更加抽象了,学生对于如何用空间向量表示立体图形中的相关元素,如何通过运算得出这些元素间的几何关系还比较陌生,因此这是本节教学中的难点.

四、教学支持条件分析

1.技术支持

利用电脑、互联网,可以非常方便快捷地查找到有关史料故事、拓宽视野,感悟数学的文化价值,提高学生的数学文化素养;借助计算器或电脑,可以计算较大数目的数量,获得比较精准的数值;借助实物投影或PPT,展示学生的学习成果,

2.知识储备

让学生体验文化背景一方法探究——求和公式公式应用的完整过程.

五、课时教学设计

1.1.1 空间向量及其线性运算

1.课时教学内容

本节包括空间向量及相关概念、空间向量的加减运算、空间向量的数乘运算、空间向量的数量积运算等内容.

2.课时教学目标

类比平面向量引入了空间向量及相关概念、空间向量的表示、共线向量与相等向量,并类比平面向量的加减、数乘运算和运算律,引入空间向量的加减、数乘运算和运算律,类比平面向量研究空间向量的共线、共面问题.

通过本小节的学习,应使学生理解空间向量及相关概念,掌握空间向量的表示,掌握空间向量的加减、数乘运算及其运算律等内容,并能借助图形理解空间向量线性运算及其运算律的意义.

3.教学重点、难点

重点:空间向量及其相关概念,空间向量的线性运算,空间向量的数量积.

难点:用向量方法解决立体几何问题.

4.教学过程设计

环节一创设情境引入课题

引导语章前图展示的是一个做滑翔伞运动的场景.

可以想象,在滑翔过程中,飞行员会受到来自不同方向、大小各异的力,例如绳索的拉力、风力、重力等.显然,这些力不在同一个平面内,联想用平面向量解决物理问题的方法,你能否把平面向量推广到空间向量,从而利用空间向量研究滑翔运动呢?

师生活动学生独立思考、作答,教师展示研究路径,板书空间向量及其运算,揭晓课题:下面我们类比平面向量研究空间向量,先从空间向量的概念和表示开始.

[设计意图]主要方法是类比,即类比平面向量的相关概念学习空间向量的相关概念,类比平面向量的运算学习空间向量的运算,类比用平面向量解决平面几何问题的方法利用空间向量解决简单的立体几何问题.教,使学生亲历研究的过程,积累基本活动经验.

问题情境1

问题能否类比平面向量,给空间向量下个定义?

与平面向量一样在空间我们把具有大小和方向的量叫做空间向量(spacevector)空间向量的大小叫做空间向量的长度(modulus)

空间向量用字母表示.空间中点的位移、物体运动的速度、物体受到的力等都可以用空间向量表示.

印刷体用合体,书写用

与平面向量一样,空间向量也用有向线段表示,有向线段的长度表示空间向量的模.

问题空间向量是平面向量的推广,能否给出一些空间向量相关概念?

如图1.1-1,向量的起点是,终点是,则向量也可以记作,其模记为

1.1-2所示的正方体中,过同一个顶点的三条棱上的三条有向线段表示的三个向量为它们是不共面的向量,即它们是不同在任何一个平面内的三个向量.

空间向量是平面向量的推广,其表示方法以及一些相关概念与平面向量一致.

环节二观察分析感知概念

与平面向量一样,我们规定,长度为0的向量叫做零向量(zerovector),记为

当有向线段的起点与终点重合时,

模为1的向量叫做单位向量(unitvector)

与向量长度相等而方向相反的向量,叫做相反向量,记为

如果表示若干空间向量的有向线段所在的直线互相平行或重合,那么这些向量叫做共线向量(collinervectors)平行向量(parallelvectors)

我们规定:零向量与任意向量平行,即对于任意向量,都有.方向相同且模相等的向量叫做相等向量(equalvec­tors).因此,在空间,同向且等长的有向线段表示同一向量或相等向量.空间向量是自由的,所以对于空间中的任意两个非零向量,我们都可以通过平移使它们的起点重合.因为两条相交直线确定一个平面,所以起点重合的两个不共线向量可以确定一个平面,也就是说,任意两个空间向量都可以平移到同一个平面内,成为同一平面内的两个向量.

环节三抽象概括形成概念

问题类比平面向量的线性运算,空间向量的加法、减法如何定义?

如图1.1-3,已知空间向量以任意点为起点,作向量我们就可以把它们平移到同一个平面内.

数学中,引进一种量后,一个很自然的问题就是要研究它们的运算.由于任意两个空间向量都可以通过平移转化为同一平面内的向量,这样任意两个空间向量的运算就可以转化为平面向量的运算.

由此,我们把平面向量的线性运算推广到空间,定义空间向量的加法、减法(1.1-4)以及数乘运算(1.1-5)

1

2

3)当时,;当时,;当时,

环节四辨析理解深化概念

问题4想一想,向量线性运算的结果,与向量起点的选择有关系吗?

与平面向量一样,空间向量的线性运算满足以下运算律(其中)

交换律:

结合律:

分配律:

问题5你能证明这些运算律吗?证明结合律时,与证明平面向量的结合律有什么不同?

如图1.1-6,在平行六面体中,分别标出表示的向量.从中你能体会向量加法运算的交换律和结合律吗?一般地,三个不共面的向量的和与这三个向量有什么关系?

可以发现,,一般地,对于三个不共面的向量,以任意点为起点,为邻边作平行六面体,则的和等于以为起点的平行六面体对角线所表示的向量.另外,利用向量加法的交换律和结合律,还可以得到:有限个向量求和,交换相加向量的顺序,其和不变.

探究1

对任意两个空间向量,如果有什么位置关系?反过来,有什么位置关系时,?

类似于平面向量共线的充要条件,对任意两个空间向量的充要条件是存在实数,使

如图1.1-7是直线上一点,在直线上取非零向量,则对于直线上任意一点,由数乘向量的定义及向量共线的充要条件可知,存在实数,使得

我们把与向量平行的非零向量称为直线方向向量(di­rectionvector).这样,直线上任意一点都可以由直线上的一点和它的方向向量表示,也就是说,直线可以由其上一点和它的方向向量确定.

如图1.1-8,如果表示向量的有向线段所在的直线与直线平行或重合,那么称向量平行于直线.如果直线平行于平面或在平面内,那么称向量平行于平面.平行于同一个平面的向量,叫做共面向量(coplanarvectors)

我们知道,任意两个空间向量总是共面的,但三个空间向量既可能是共面的,也可能是不共面的.

问题6,什么情况下三个空间向量共面呢?

探究2

对平面内任意两个不共线向量由平面向量基本定理可知,这个平面内的任意一个向量可以写成其中是唯一确定的有序实数对.

对两个不共线的空间向量如果那么向量与向量有什么位置关系?

反过来,向量与向量有什么位置关系时,

可以发现,如果两个向量不共线,那么向量与向量共面的充要条件是存在唯一的有序实数对,使

环节五概念应用巩固内化

1如图1.1-9,已知平行四边形,过平面外一点,作射线在四条射线上分别取点使.求证:四点共面.

分析:欲证四点共面,只需证明共面.而由已知共面,可以利用向量运算由共面的表达式推得共面的表达式.

证明:因为,所以

因为四边形是平行四边形,所以.因此

由向量共面的充要条件可知,共面,又过同一点

从而四点共面.

选择恰当的向量表示问题中的几何元素,通过向量运算得出几何元素的关系,是解决立体几何问题的常用方法.

环节六归纳总结反思提升

本节课的学习我们知道向量是具有大小和方向的量,这一概念既适用于平面,也适用于空间.由于空间向量是平面向量的推广,因此空间向量及其相关概念、空间向量的表示法等与平面向量都是一致的.

类比平面向量引入了空间向量及相关概念、空间向量的表示、共线向量与相等向量,并类比平面向量的加减、数乘运算和运算律,引入空间向量的加减、数乘运算和运算律,类比平面向量研究空间向量的共线、共面问题

理解空间向量及相关概念,掌握空间向量的表示,掌握空间向量的加减、数乘运算及其运算律等内容,并能借助图形理解空间向量线性运算及其运算律的意义.

问题7请同学们回顾本节课的学习内容,并回答下列问题:

本节课学习的概念有哪些?

本节课体现的主要数学思想方法有哪些》

环节七目标检测,作业布置

作业布置:教科书P5练习—1.2.3

练习(第5页)

1.举出一些表示三个不同在一个平面内的向量的实例.

1.解:三棱锥中,不同在一个平面内;

长方体中,不同在一个平面内.

生活中的例子,如墙角的三条棱所在的直线可用于表示三个不同在一个平面内的向量.

2.如图,分别是长方体的棱的中点.化简下列表达式,并在图中标出化简结果的向量:

1;(2

3;(4

2.解:1(2)

(3)(4)

化简结果的向量如图所示.

3.在图1.1-6中,用表示

3.解:

4.如图,已知四面体分别是的中点.化简下列表达式,并在图中标出化简结果的向量:

(1)(2)(3)

4.解:1

2

3如图所示.

5如图,已知正方体分别是上底面和侧面的中心.求下列各式中的值:

1;(2;(3

5.解:(1

2

3)方法1

方法2的中点,

方法3的中点,

课件部分展示

导学案部分展示

1.1.1空间向量及其线性运算导学案

学习目标

1.类比平面向量引入了空间向量及相关概念、空间向量的表示、共线向量与相等向量,、;

2.类比平面向量的加减、数乘运算和运算律,引入空间向量的加减、数乘运算和运算律,

3.类比平面向量研究空间向量的共线、共面问题.

4.理解空间向量及相关概念,掌握空间向量的表示,掌握空间向量的加减、数乘运算及其运算律等内容,并能借助图形理解空间向量线性运算及其运算律的意义.

重点难点

l重点:通过类比平面向量的概念来归纳并理解空间向量的含义,发现空间向量也与平面向量满足线性运算(加法、减法和数乘),懂得运算律。

l难点:空间向量的线性在简单空间几何体中的计算和应用。

课前预习自主梳理

要点一空间向量的有关概念

1.空间向量的定义

在空间,像位移、力、速度、加速度这样既有大小又有方向的量,叫作空间向量.

2.空间向量的表示

空间任意两个向量都可以用同一平面内的两条有向线段来表示.

3.空间向量的线性运算

(1)空间向量的加法、减法与数乘运算的意义,如图.

ab

ab

λa(λR).

(2)空间向量的加法和数乘运算满足如下运算律:

运算律(其中λμR)

(1)交换律:abba

(2)结合律:(ab)ca(bc)λ(μa)(λμ)a

(3)分配律:(λμ)aλaμaλ(ab)λaλb

向量的加法、减法和数乘运算统称为向量的线性运算.

要点二特殊的空间向量

名称

定义及表示

零向量

规定长度为0的向量叫做零向量,记为0

单位向量

模为1的向量叫做单位向量

相反向量

与向量a长度相等而方向相反的向量,叫做a的相反向量,记为-a

共线向量

如果表示若干空间向量的有向线段所在的直线互相平行或重合,那么这些向量叫做共线向量或平行向量.规定:零向量与任意向量平行,即对于任意向量a,都有0a

相等向量

方向相同且模相等的向量称为相等向量.在空间,同向等长的有向线段表示同一向量或相等向量

要点三共线向量及共线向量定理

1.空间向量共线的充要条件:对任意两个空间向量ab(b≠0)ab的充要条件是存在实数λ,使aλb

2.方向向量:如图,O是直线l上一点,在直线l上取非零向量a,则对于直线l上任意一点P,由数乘向量的定义及向量共线的充要条件可知,存在实数λ,使得λa,我们把与向量a平行的非零向量称为直线l方向向量.

思考:由数乘λa0,能否得出λ0?

提示不能.λa0λ0a0.

3.向量和直线平行:如果表示向量a的有向线段所在的直线OA与直线l平行或重合,那么称向量a平行于直线l.

4.向量和平面平行:如果表示向量a的有向线段所在的直线OA平行于平面α或在平面α内,那么称向量a平行于平面α.

5.共面向量:平行于同一个平面的向量,叫做共面向量.

6.空间向量共面的充要条件:如果两个向量ab不共线,那么向量p与向量ab共面的充要条件是存在唯一的有序实数对(xy),使pxayb

思考:若向量pab满足pxayb,那么向量pab共面吗?

提示共面.当ab共线时,显然向量pab共面;当ab不共线时,由向量共面的充要条件,可知向量pab共面.

自主检测

1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”

(1)零向量没有方向. ()

(2)两个有公共终点的向量,一定是共线向量. ()

(3)空间向量的数乘运算中,只决定向量的大小,不决定向量的方向. ()

(4) ,.()

(5)若两个向量的起点重合,则这两个向量的方向相同. ()

【答案】(1)×(2)×(3)×(4)√(5)×

【解析】 (1)错误零向量与任意向量共线,故可以认为零向量的方向是任意的.

(2)错误方向相同或相反的向量称为共线向量,与是否有公共终点无关.

(3)错误时,与向量的方向相同;当时,与向量的方向相反.

(4)正确由相反向量的概念可知正确.

(5)错误若两个向量的起点重合,终点不确定,则其方向的关系不能确定.

2.已知空间四边形,连接,()

A.B.C.D. 0

【答案】

【解析】故选.

3.下列说法错误的是(

A.空间的任意三个向量都不共面

B.空间的任意两个向量都共面

C.三个向量共面,即它们所在的直线共面

D.若三向量两两共面,则这三个向量一定也共面

【答案】ACD

【分析】A.画图举例判断;B.利用相等向量判断;C.画图举例判断;D.画图举例判断;

【解析】A.如图所示:三个向量共面,故错误;

B.由相等向量知:通过平移,两个向量的起点总可以在同一点,故两个向量都共面,故正确;

C.如图所示:,在正方体中三个向量共面,但它们所在的直线不共面,故错误;

D. 如图所示:,在正方体中三向量两两共面,但这三个向量一定共面,故错误;

故选:ACD

新课导学

学习探究

(一)新知导入

环节一创设情境引入课题

引导语章前图展示的是一个做滑翔伞运动的场景.

可以想象,在滑翔过程中,飞行员会受到来自不同方向、大小各异的力,例如绳索的拉力、风力、重力等.显然,这些力不在同一个平面内,联想用平面向量解决物理问题的方法,你能否把平面向量推广到空间向量,从而利用空间向量研究滑翔运动呢?

问题能否类比平面向量,给空间向量下个定义?

与平面向量一样在空间我们把具有大小和方向的量叫做空间向量(spacevector)空间向量的大小叫做空间向量的长度或模(modulus)

问题可以表示平面向量,也可以表示空间向量吗?平面向量与空间向量有哪些异同点?它们模长的几何意义相同吗?

环节二观察分析感知概念

阅读课本填写以下概念的内容

1.零向量及其记法:

2.单位向量:

3.相反向量及其记法:

4.共线向量(平行向量):

参考答案:与平面向量一样,我们规定,长度为0的向量叫做零向量(zerovector),记为

当有向线段的起点与终点重合时,

模为1的向量叫做单位向量(unitvector)

与向量长度相等而方向相反的向量,叫做的相反向量,记为

如果表示若干空间向量的有向线段所在的直线互相平行或重合,那么这些向量叫做共线向量(collinervectors)或平行向量(parallelvectors)

我们规定:零向量与任意向量平行,即对于任意向量,都有.方向相同且模相等的向量叫做相等向量(equalvec­tors).因此,在空间,同向且等长的有向线段表示同一向量或相等向量.

空间向量是自由的,所以对于空间中的任意两个非零向量,我们都可以通过平移使它们的起点重合.因为两条相交直线确定一个平面,所以起点重合的两个不共线向量可以确定一个平面,也就是说,任意两个空间向量都可以平移到同一个平面内,成为同一平面内的两个向量.

环节三抽象概括形成概念

问题类比平面向量的线性运算,空间向量的加法、减法如何定义?

如图1.1-3,已知空间向量以任意点为起点,作向量我们就可以把它们平移到同一个平面内.

数学中,引进一种量后,一个很自然的问题就是要研究它们的运算.由于任意两个空间向量都可以通过平移转化为同一平面内的向量,这样任意两个空间向量的运算就可以转化为平面向量的运算.

环节四辨析理解深化概念

问题4想一想,向量线性运算的结果,与向量起点的选择有关系吗?

与平面向量一样,空间向量的线性运算满足以下运算律(其中)

交换律:

结合律:

分配律:

参考答案:

交换律:

结合律:

分配律:

探究1如图1.1-6,在平行六面体中,分别标出表示的向量.从中你能体会向量加法运算的交换律和结合律吗?一般地,三个不共面的向量的和与这三个向量有什么关系?

可以发现,,一般地,对于三个不共面的向量,以任意点为起点,为邻边作平行六面体,则的和等于以为起点的平行六面体对角线所表示的向量.另外,利用向量加法的交换律和结合律,还可以得到:有限个向量求和,交换相加向量的顺序,其和不变.

探究2对任意两个空间向量,如果有什么位置关系?反过来,有什么位置关系时,?

类似于平面向量共线的充要条件,对任意两个空间向量的充要条件是存在实数,使

如图1.1-7是直线上一点,在直线上取非零向量,则对于直线上任意一点,由数乘向量的定义及向量共线的充要条件可知,存在实数,使得

我们把与向量平行的非零向量称为直线的方向向量(di­rectionvector).这样,直线上任意一点都可以由直线上的一点和它的方向向量表示,也就是说,直线可以由其上一点和它的方向向量确定.

如图1.1-8,如果表示向量的有向线段所在的直线与直线平行或重合,那么称向量平行于直线.如果直线平行于平面或在平面内,那么称向量平行于平面.平行于同一个平面的向量,叫做共面向量(coplanarvectors)

我们知道,任意两个空间向量总是共面的,但三个空间向量既可能是共面的,也可能是不共面的.

问题6,什么情况下三个空间向量共面呢?

探究3对平面内任意两个不共线向量由平面向量基本定理可知,这个平面内的任意一个向量可以写成其中是唯一确定的有序实数对.

对两个不共线的空间向量如果那么向量与向量有什么位置关系?

反过来,向量与向量有什么位置关系时,

可以发现,如果两个向量不共线,那么向量与向量共面的充要条件是存在唯一的有序实数对,使

环节五概念应用巩固内化

1如图1.1-9,已知平行四边形,过平面外一点,作射线在四条射线上分别取点使.求证:四点共面.

分析:欲证四点共面,只需证明共面.而由已知共面,可以利用向量运算由共面的表达式推得共面的表达式.

证明:因为,所以

因为四边形是平行四边形,所以.因此

由向量共面的充要条件可知,共面,又过同一点

从而四点共面.

选择恰当的向量表示问题中的几何元素,通过向量运算得出几何元素的关系,是解决立体几何问题的常用方法.

环节六归纳总结反思提升

本节课的学习我们知道向量是具有大小和方向的量,这一概念既适用于平面,也适用于空间.由于空间向量是平面向量的推广,因此空间向量及其相关概念、空间向量的表示法等与平面向量都是一致的.

类比平面向量引入了空间向量及相关概念、空间向量的表示、共线向量与相等向量,并类比平面向量的加减、数乘运算和运算律,引入空间向量的加减、数乘运算和运算律,类比平面向量研究空间向量的共线、共面问题

理解空间向量及相关概念,掌握空间向量的表示,掌握空间向量的加减、数乘运算及其运算律等内容,并能借助图形理解空间向量线性运算及其运算律的意义.

环节七目标检测,作业布置

作业布置:教科书P5练习—1.2.3

备用练习1.下列命题中正确的是(

A.空间任意两个向量共面

B.向量共面即它们所在直线共面

C.若,则所在直线平行

D.若,则存在唯一的实数,使

【答案】A

【分析】根据共面向量,共线向量的定义判断.

【详解】空间任意两个向量都能平移到同一平面内,因此它们共面,A正确;

空间三个向量指能平移到同一平面内,而不是指表示它们的直线在同一平面内,B错;

,但当时,不一定平行,因此它们所在直线也不一定平行,即使两个向量平行,它们所在的直线也可能是同一直线,不一定平行,C错;

,当时,不存在唯一的实数,使D错.

故选:A

备用练习2.已知三棱锥中,点MN分别为ABOC的中点,且,则

ABCD

【答案】D

【分析】利用空间向量线性运算计算即可.

【详解】

.

故选:D.

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