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  • 2021-06-16 发布

人教版高中数学必修二检测:第二章点、直线、平面之间的位置关系课后提升作业十三2-3-1含解析

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课后提升作业 十三 直线与平面垂直的判定 (45 分钟 70 分) 一、选择题(每小题 5 分,共 40 分) 1.m,n 是空间两条不同直线,α,β是空间两个不同平面,下面有四种 说法: ①m⊥α,n∥β,α∥β⇒m⊥n; ②m⊥n,α∥β,m⊥α⇒n∥β; ③m⊥n,α∥β,m∥α⇒n⊥β; ④m⊥α,m∥n,α∥β⇒n⊥β. 其中正确说法的个数为 ( ) A.1 B.2 C.3 D.4 【解析】选 B.①正确,因为 n∥β,α∥β, 所以在α内有与 n 平行的直线,又 m⊥α,则 m⊥n; ②错误,α∥β,m⊥α⇒m⊥β, 因为 m⊥n,则可能 n⊂β; ③错误,因为 m⊥n,α∥β,m∥α,则可能 n⊂β且 m⊂β; ④正确,m⊥α,α∥β,得 m⊥β,因为 m∥n,则 n⊥β. 2.如图所示,如果 MC⊥菱形 ABCD 所在的平面,那么 MA 与 BD 的位置关 系是 ( ) A.平行 B.垂直相交 C.垂直但不相交 D.相交但不垂直 【解析】选 C.因为 ABCD 为菱形,所以 DB⊥AC, 又 MC⊥平面 ABCD,所以 MC⊥BD. 又 AC∩MC=C,所以 BD⊥平面 ACM. 又 AM⊂平面 AMC,所以 BD⊥AM,又 BD 与 AM 不共面,所以 MA 与 BD 垂直 但不相交. 【延伸探究】本题若将条件 “菱形 ABCD”改为“平行四边形 ABCD”, 加上条件“MA⊥BD”,判断平行四边形 ABCD 的形状. 【解析】因为 MC⊥平面 ABCD,BD⊂平面 ABCD, 所以 MC⊥BD,又 BD⊥MA, MA∩MC=M, 所以 BD⊥平面 MAC,又 AC⊂平面 MAC, 所以 BD⊥AC,故平行四边形 ABCD 为菱形. 3.(2016·南昌高二检测)如图所示,在斜三棱柱 ABC-A1B1C1 的底面△ABC 中, ∠BAC=90°,且 BC1⊥AC,过点 C1 作 C1H⊥底面 ABC,垂足为点 H,则点 H 在 ( ) A.直线 AC 上 B.直线 AB 上 C.直线 BC 上 D.△ABC 内部 【解析】选 B.作 C1H⊥AB,因为∠BAC=90°,且 BC1⊥AC,所以 AC⊥平 面 ABC1,所以 AC⊥C1H,因为 AB∩AC=A,所以 C1H⊥平面 ABC,即点 H 在 底面的垂足在 AB 边上. 4.如图所示,定点 A 和 B 都在平面α内,定点 P∉α,PB⊥α,C 是平面 α内异于 A 和 B 的动点,且 PC⊥AC,则△ABC 为 ( ) A.锐角三角形 B.直角三角形 C.钝角三角形 D.无法确定 【解析】选 B.因为 PB⊥α,AC⊂α,所以 PB⊥AC, 又 AC⊥PC,PB∩PC=P, 所以 AC⊥平面 PBC,又 BC⊂平面 PBC, 所以 AC⊥BC.故△ABC 为直角三角形. 5.已知四棱柱 ABCD-A1B1C1D1 中,侧棱 AA1⊥平面 ABCD,且底面 ABCD 为正 方形,AA1=2AB,则 CD 与平面 BDC1 所成角的正弦值等于 ( ) A. B. C. D. 【解析】选 A.如图,设 AB=a, 则 AA1=2a,三棱锥 C-BDC1 的高为 h,CD 与平面 BDC1 所成的角 为α. 因为 = , 即×× a× ah =×a2×2a, 解得 h=a. 所以 sinα= =. 6.如图,在三棱锥 V-ABC 中,VO⊥平面 ABC,O∈CD, VA=VB,AD=BD,则下列结论中不一定成立的是 ( ) A.AC=BC B.VC⊥VD C.AB⊥VC D.S△VCD·AB=S△ABC·VO 【解析】选 B.因为 VA=VB,AD=BD, 所以 VD⊥AB.因为 VO⊥平面 ABC, AB⊂平面 ABC,所以 VO⊥AB. 又 VO∩VD=V,VO⊂平面 VCD,VD⊂平面 VCD, 所以 AB⊥平面 VCD, 又 CD⊂平面 VCD,VC⊂平面 VCD, 所以 AB⊥VC,AB⊥CD. 又 AD=BD,所以 AC=BC(线段垂直平分线的性质),因为 VO⊥平面 ABC, 所以 VV-ABC=S△ABC·VO. 因为 AB⊥平面 VCD, 所以 VV-ABC=VB-VCD+VA-VCD =S△VCD·BD+S△VCD·AD =S△VCD·(BD+AD) =S△VCD·AB, 所以 S△ABC·VO=S△VCD·AB, 即 S△VCD·AB=S△ABC·VO.综上知,A,C,D 正确. 7.如图,四棱锥 S-ABCD 的底面为正方形,SD⊥底面 ABCD,则下列结论 中不正确的是 ( ) A.AC⊥SB B.AB∥平面 SCD C.AB 与 SC 所成的角等于 DC 与 SA 所成的角 D.SA 与平面 SBD 所成的角等于 SC 与平面 SBD 所成的角 【解析】选 C.因为 SD⊥底面 ABCD,底面 ABCD 为正方形,所以连接 BD, 则 BD⊥AC,又 AC⊥SD,可得 AC⊥SB,故 A 正确;因为 AB∥CD,AB⊄平 面 SCD,CD⊂平面 SCD,所以 AB∥平面 SCD,故 B 正确;因为 AB∥CD, 所以∠SCD 为 AB 与 SC 所成角,∠SAB 为 SA 与 DC 所成角,显然∠SCD≠ ∠SAB,故 C 不正确.由 AC⊥平面 SBD,记 AC 与 BD 交于 O,连接 SO,则 ∠ASO 为 SA 与平面 SBD 所成角,∠CSO 为 SC 与平面 SBD 所成角,显然 ∠ASO=∠CSO. 8.(2016·温州高二检测)如图,在三棱柱 ABC-A1B1C1 中,侧棱 AA1 垂直底 面 A1B1C1,底面三角形 A1B1C1 是正三角形,E 是 BC 中点,则下列叙述正 确的是 ( ) A.CC1 与 B1E 是异面直线 B.AC⊥平面 ABB1A1 C.AE 与 B1C1 为异面直线,且 AE⊥B1C1 D.A1C1∥平面 AB1E 【解析】选 C.A 选项,ABC-A1B1C1 是三棱柱,则 CE∥B1C1,所以,CEB1C1 是一个平面,CC1 与 B1E 共面;B 选项,因为 AC 与 AB 的夹角是 60°,所 以 AC 和平面 ABB1A1 不垂直;C 选项,E 是 BC 的中点,则 AE⊥BC,又因 为 BB1⊥平面 ABC,所以 AE⊥BB1,又 BC∩BB1=B,所以 AE⊥平面 BCC1B1, 所以 AE⊥B1C1;D 选项,A1C1∥AC,AC 和平面 AB1E 相交,所以 A1C1 与平 面 AB1E 不平行. 二、填空题(每小题 5 分,共 10 分) 9.在直三棱柱 ABC-A1B1C1 中,BC=CC1,当底面 A1B1C1 满足条件________时, 有 AB1⊥BC1.(注:填上你认为正确的一种条件即可,不必考虑所有可能 的情况) 【解析】如图所示,连接 B1C,由 BC=CC1,可得 BC1⊥B1C, 因此,要证 AB1⊥BC1,则只要证明 BC1⊥平面 AB1C,即只要 证 AC⊥BC1 即可,由直三棱柱可知,只要证 AC⊥BC 即可.因 为 A1C1∥AC,B1C1∥BC,故只要证 A1C1⊥B1C1 即可.(或者能推 出 A1C1⊥B1C1 的条件,如∠A1C1B1=90°等) 答案:∠A1C1B1=90°(答案不唯一) 10.(2016·青岛高一检测)在正方体 ABCD-A1B1C1D1 中,面对角线 A1B 与对 角面 BB1D1D 所成的角为________. 【解析】连接 A1C1 交 B1D1 于点 O,连接 BO, 因为 A1C1⊥B1D1, A1C1⊥BB1, 故 A1C1⊥平面 BB1D1D,所以 A1B 在平面 BB1D1D 内射影为 OB, 所以∠A1BO 即为 A1B 与平面 BB1D1D 所成角. 设正方体棱长为 a,则 A1B= a, A1O=A1C1= a, 所以 sin∠A1BO= = =, 所以∠A1BO=30°. 答案:30° 三、解答题(每小题 10 分,共 20 分) 11.(2016·山东高考)在如图所示的几何体中,D 是 AC 的中点,EF∥DB. (1)已知 AB=BC,AE=EC.求证:AC⊥FB. (2)已知 G,H 分别是 EC 和 FB 的中点.求证:GH∥平面 ABC. 【解析】(1)连接 ED,因为 AB=BC,AE=EC,D 为 AC 中点, 所以 AC⊥DE,AC⊥DB,DE∩DB=D,又 EF∥DB,所以 E,F,B,D 四点共面,所以 AC⊥平面 EFBD, 所以 AC⊥FB. (2)取 FC 中点 I,连接 GI,HI,则有 GI∥EF,HI∥BC, 又 EF∥DB,所以 GI∥BD, 又 GI∩HI=I,BD∩BC=B, 所以,平面 GHI∥平面 ABC, 因为 GH⊂平面 GHI, 所以 GH∥平面 ABC. 12. (2014·湖北高考)如图,在正方体 ABCD-A1B1C1D1 中,E,F,P,Q,M, N 分别是棱 AB,AD,DD1,BB1,A1B1,A1D1 的中点.求证: (1)直线 BC1∥平面 EFPQ. (2)直线 AC1⊥平面 PQMN. 【解题指南】(1)通过证明 FP∥AD1,得到 BC1∥FP,根据线面平行的判 定定理即可得证. (2)证明 BD⊥平面 ACC1,得出 BD⊥AC1,进而得 MN⊥AC1,同理可证 PN⊥ AC1,根据线面垂直的判定定理即可得出直线 AC1⊥平面 PQMN. 【证明】(1)连接 AD1,由 ABCD-A1B1C1D1 是正方体,知 AD1∥BC1, 因为 F,P 分别是 AD,DD1 的中点,所以 FP∥AD1. 从而 BC1∥FP. 而 FP⊂平面 EFPQ,且 BC1⊄平面 EFPQ, 故直线 BC1∥平面 EFPQ. (2)连接 AC,BD,则 AC⊥BD. 由 CC1⊥平面 ABCD,BD⊂平面 ABCD,可得 CC1⊥BD. 又 AC∩CC1=C,所以 BD⊥平面 ACC1. 而 AC1⊂平面 ACC1,所以 BD⊥AC1. 因为 M,N 分别是 A1B1,A1D1 的中点, 所以 MN∥BD,从而 MN⊥AC1. 同理可证 PN⊥AC1. 又 PN∩MN=N,所以直线 AC1⊥平面 PQMN. 【能力挑战题】 如图,在三棱锥 A-BCD 中,AB⊥平面 BCD,CD⊥BD. (1)求证:CD⊥平面 ABD. (2)若 AB=BD=CD=1,M 为 AD 中点,求三棱锥 A-MBC 的体积. 【解题指南】(1)利用线面垂直的判定定理证明. (2)分别求出△ABM 的面积和高 CD,继而求出体积. 【解析】(1)因为 AB⊥平面 BCD, CD⊂平面 BCD, 所以 AB⊥CD. 又因为 CD⊥BD,AB∩BD=B, AB⊂平面 ABD,BD⊂平面 ABD, 所以 CD⊥平面 ABD. (2)由 AB⊥平面 BCD,得 AB⊥BD, 因为 AB=BD=1,所以 S△ABD=. 因为 M 是 AD 的中点, 所以 S△ABM=S△ABD=. 由(1)知,CD⊥平面 ABD, 所以三棱锥 C-ABM 的高 h=CD=1, 因此三棱锥 A-MBC 的体积 VA-MBC=VC-ABM=S△ABM·h= .