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- 2021-06-16 发布
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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= .
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