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- 2021-07-01 发布
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(时间120分钟,满分150分)
一、选择题(本大题共8小题,每小题5分,共40分.在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)
1.(2010·株州模拟)已知某空间几何体的主视图、侧视图、俯视图均为如图所
示的等腰直角三角形,如果直角三角形的直角边长为1,那么这个几何体
的表面积为 ( )
A. B.
C. D.
解析:根据三视图可以画出该几何体的直观图如图所示,CD垂直于等腰
直角三角形ABC所在平面,于是,易得S=S△ABC+S△ACD+S△CBD=+
+++.
答案:D
2.设α,β,γ是三个互不重合的平面,m,n是两条不重合的直线,则下列命题中正确的是
( )
A.若α⊥β,β⊥γ,则α⊥γ
B.若α∥β,m⊄β,m∥α,则m∥β
C.若α⊥β,m⊥α,则m∥β
D.若m∥α,n∥β,α⊥β,则m⊥n
解析:A中α与γ可以平行,C中可能有m⊂β,D中m与i可以平行.
答案:B
3.已知两条不同直线l1和l2及平面α,则直线l1∥l2的一个充分条件是 ( )
A.l1∥α且l2∥α B.l1⊥α且l2⊥α
C.l1∥α且l2⊄α D.l1∥α且l2⊂α
解析:根据垂直于同一个平面的两条直线互相平行可知B为l1∥l2的一个充分条件.
答案:B
4.若平面α,β,满足α⊥β,α∩β=l,P∈α,P∉l,则下列命题中的假命题为( )
A.过点P垂直于平面α的直线平行于平面β
B.过点P在平面α内作垂直于l的直线必垂直于平面β
C.过点P垂直于平面β的直线在平面α内
D.过点P垂直于直线l的直线在平面α内
解析:根据面面垂直的性质定理,有选项B、C正确.对于A,由于过点P垂直于平面
α的直线必平行于β内垂直于交线的直线,因此平行于平面β.因此A正确.
答案:D
5.如图,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,P为棱DC的中点,则D1P与BC1所在直线所
成角的余弦值等于 ( )
A. B.
C. D.
解析:过C1作D1P的平行线交DC的延长线于点F,连结BF,
则∠BC1F或其补角等于异面直线D1P与BC1所成的角.设正方
体的棱长为1,由P为棱DC的中点,则易得BC1=,
C1F= =,BF= =.
在△BC1F中,cos∠BC1F==.
答案:B
6.[理]如图,在正三棱柱ABC-A1B1C1中,已知AB=1,D在棱BB1
上,且BD=1,则AD与平面AA1C1C所成角的正弦值为( )
A. B.
C. D.
解析:如图,取C1A1、CA的中点E、F,连接B1E与BF,则B1E⊥
平面CAA1C1,过D作DH∥B1E,则DH⊥平面CAA1C1,连接AH,
则∠DAH为所求的角,又DH=B1E=,DA=,所以sin∠DAH
==.
答案:A
[文]如右图所示,在立体图形D-ABC中,若AB=BC,AD=CD,E是
AC的中点,则下列命题中正确的是 ( )
A.平面ABC⊥平面ABD
B.平面ABD⊥平面BDC
C.平面ABC⊥平面BDE,且平面ADC⊥平面BDE
D.平面ABC⊥平面ADC,且平面ADC⊥平面BDE
解析:BE⊥AC,DE⊥AC⇒AC⊥平面BDE,故平面ABC⊥平面BDE,平面ADC⊥
平面BDE.
答案:C
7.已知直线m、n及平面α,其中m∥n,那么在平面α内到两条直线m、n距离相等
的点的集合可能是:(1)一条直线;(2)一个平面;(3)一个点;(4)空集.其中正确的是( )
A.(1)(2)(3) B.(1)(4)
C.(1)(2)(4) D.(2)(4)
解析:如图1,当直线m或直线n在平面α内时不可能有符合题意的点;如图2,直线m、n到已知平面α的距离相等且两直线所在平面与已知平面α垂直,则已知平面α为符合题意的点;如图3,直线m、n所在平面与已知平面α平行,则符合题意的点为一条直线,从而选C.
答案:C
8.设有如下三个命题:
甲:相交直线l、m都在平面α内,并且都不在平面β内;
乙:直线l、m中至少有一条与平面β相交;
丙:平面α与平面β相交.
当甲成立时 ( )
A.乙是丙的充分而不必要条件
B.乙是丙的必要而不充分条件
C.乙是丙的充分且必要条件
D.乙既不是丙的充分条件又不是丙的必要条件
解析:当甲成立,即“相交直线l、m都在平面α内,并且都不在平面β内”时,若“l、m中至少有一条与平面β相交”,则“平面α与平面β相交”成立;若“平面α与平面β相交”,则“l、m中至少有一条与平面β相交”也成立,故选C.
答案:C
二、填空题(本大题共7小题,每小题5分,共35分.请把正确答案填在题中横线上)
9.用一些棱长是1 cm的小正方体堆放成一个几何体,其正视图和俯视图如图所示,则这
个几何体的体积最多是________.
解析:由正视图与俯视图可知小正方体最多有7块,故体积最多为7
cm3.
答案:7 cm3
10.过平行六面体ABCD-A1B1C1D1任意两条棱的中点作直线,其中与平面DBB1D1
平行的直线共有________条.
解析:如图,P、E、F、H分别为AD、AB、A1B1、A1D1的中点,则平面PEFH∥平面DBB1D1,所以四边形PEFH的任意两顶点的连线都平行于平面DBB1D1,共6条,同理在另一侧面也有6条,共12条.
答案:12
11.(2010·湘潭模拟)已知三棱锥的三个侧面两两垂直,三条侧棱长分别为4、4、7,若
此三棱锥的各个顶点都在同一个球面上,则此球的表面积是________.
解析:补成长方体易求4R2=81,
∴S=4πR2=81π.
答案:81π
12.(2009·辽宁高考)设某几何体的三视图如下(尺寸的长度单位为m).
则该几何体的体积为________m3.
解析:
由三视图可知原几何体是一个三棱锥,且三棱锥的高为2,底面三角形的一边长为4,且该边上的高为3,
故所求三棱锥的体积为V=×2××3×4=4 m3,
答案:4
13.[理]如图,AD⊥平面BCD,∠BCD=90°,AD=BC=CD=a,则二面角C-AB-
D的大小为__________.
解析:取BD的中点E,连结CE,则CE⊥面ABD,作EF⊥AB,
∴CF⊥AB得∠CFE为所求.
又CE=a,CF=,
∴sin∠CFE==.
答案:60°
[文]如图,正方体ABCD-A1B1C1D1中,M∈A1B,N∈B1C,A1M=
B1N,有以下四个结论:
①A1A⊥MN;
②AC∥MN;
③MN与平面ABCD成0°角;
④MN与AC是异面直线.
其中正确结论的序号是____________.
解析:易知①③④正确.
答案:①③④
14.母线长为1的圆锥的侧面展开图的圆心角等于π,则该圆锥的体积为________.
解析:圆锥的侧面展开图扇形的弧长,即底面圆的周长为π·1=π,于是设底面圆
的半径为r,
则有2πr=π,所以r=,
于是圆锥的高为h==,
故圆锥的体积为V=π.
答案:π
15.(2010·永州模拟)棱长为a的正方体ABCD-A1B1C1D1的8个顶点都在球O的表面上,
E、F分别是棱AA1、DD1的中点,则直线EF被球O截得的线段长为________.
解析:因为正方体内接于球,所以2R=,R=a,过球心O和点E、F的大圆的截面图如图所示,则直线被球截得的线段为QR,过点O作OP⊥QR于点P,所以,在△QPO中,QR=2QP=2 =a.
答案:a
三、解答题(本大题共6小题,共75分.解答时应写出必要的文字说明、证明过程或演
算步骤)
16.(本小题满分12分)(2010·岳阳模拟)如图所示是一个几何体的直观图、正视图、俯视
图、侧视图(其中正视图为直角梯形,俯视图为正方形,侧视图为直角三角形,尺寸
如图所示).
(1)求四棱锥P-ABCD的体积;
(2)证明:BD∥平面PEC;
(3)若G为BC上的动点,求证:AE⊥PG.
解:(1)由几何体的三视图可知,底面ABCD是边长为4的正方形,
PA⊥平面ABCD,PA∥EB,且PA=4,BE=2,AB=AD
=CD=CB=4,
∴VP-ABCD=PA×SABCD=×4×4×4=.
(2)证明:连结AC交BD于O点,
取PC中点F,连结OF,
∵EB∥PA,且EB=PA,
又OF∥PA,且OF=PA,
∴EB∥OF,且EB=OF,
∴四边形EBOF为平行四边形,
∴EF∥BD.
又EF⊂平面PEC,BD⊄平面PEC,所以BD∥平面PEC.
(3)连结BP,∵==,∠EBA=∠BAP=90°,
∴△EBA∽△BAP,∴∠PBA=∠BEA,
∴∠PBA+∠BAE=∠BEA+∠BAE=90°,
∴PB⊥AE.
又∵BC⊥平面APEB,∴BC⊥AE,
∴AE⊥平面PBG,∴AE⊥PG.
17.(本小题满分12分)已知直角梯形ABCD中,AB∥CD,AB⊥BC,AB=1,BC
=2,CD=1+,过A作AE⊥CD,垂足为E,G、F分别为AD、CE的中
点,现将△ADE沿AE折叠,使DE⊥EC.
(1)求证:BC⊥平面CDE;
(2)求证:FG∥平面BCD;
(3)求四棱锥D-ABCE的体积.
解:(1)证明:由已知得:
DE⊥AE,DE⊥EC,∴DE⊥平面ABCE.
∴DE⊥BC.又BC⊥CE,CE∩DE=E,
∴BC⊥平面DCE.
(2)证明:取AB中点H,连结GH,FH,
∴GH∥BD,FH∥BC,
∴GH∥平面BCD,FH∥平面BCD.
又GH∩FH=H,
∴平面FHG∥平面BCD,
∴FG∥平面BCD(由线线平行证明亦可).
(3)V=×1×2×=.
18.(本小题满分12分)(2010·常德模拟)如图,PA垂直于矩形ABCD所在的平面,AD=
PA=2,CD=2,E、F分别是AB、PD的中点.
(1)求证:AF∥平面PCE;
(2)求证:平面PCE⊥平面PCD;
(3)求四面体PEFC的体积.
解:(1)证明:设G为PC的中点,连结FG,EG,
∵F为PD的中点,E为AB的中点,
∴FG綊CD,AE綊CD
∴FG綊AE,∴AF∥GE
∵GE⊂平面PEC,∴AF∥平面PCE;
(2)证明:∵PA=AD=2,∴AF⊥PD
又∵PA⊥平面ABCD,CD⊂平面ABCD,
∴PA⊥CD,∵AD⊥CD,PA∩AD=A,
∴CD⊥平面PAD,
∵AF⊂平面PAD,∴AF⊥CD.
∵PD∩CD=D,∴AF⊥平面PCD,
∴GE⊥平面PCD,
∵GE⊂平面PEC,
∴平面PCE⊥平面PCD;
(3)由(2)知,GE⊥平面PCD,
所以EG为四面体PEFC的高,
又GF∥CD,所以GF⊥PD,
EG=AF=,GF=CD=,
S△PCF=PD·GF=2.
得四面体PEFC的体积V=S△PCF·EG=.
19.(本小题满分13分)如图所示,四棱锥P-ABCD中,AB⊥AD,AD⊥DC,PA⊥底
面ABCD,PA=AD=DC=AB=1,M为PC的中点,N点在AB上且AN=NB.
(1)证明:MN∥平面PAD;
(2)求直线MN与平面PCB所成的角.
解:(1)证明:过M作ME∥CD交PD于E,
连接AE.
∵AN=NB,
∴AN=AB=DC=EM.
又EM∥DC∥AB,∴EM綊AN,
∴AEMN为平行四边形,
∴MN∥AE,又AE⊂平面PAD,MN⊄平面PAD,
∴MN∥平面PAD.
(2)过N点作NQ∥AP交BP于点Q,NF⊥CB交CB于点F,
连接QF,过N点作NH⊥QF交QF于H,连接MH.
易知QN⊥平面ABCD,∴QN⊥BC,而NF⊥BC,
∴BC⊥平面QNF,
∴BC⊥NH,而NH⊥QF,∴NH⊥平面PBC,
∴∠NMH为直线MN与平面PCB所成的角.
通过计算可得MN=AE=,QN=,NF=,
∴NH===,
∴sin∠NMH==,∴∠NMH=60°.
∴直线MN与平面PCB所成的角为60°.
20.(本小题满分13分)(2010·长沙模拟)如图,在直三棱柱ABC-A1B1C1
中,AC=BC=CC1=2,AC⊥BC,D为AB的中点.
(1)求证:AC1∥平面B1CD;
(2)求二面角B-B1C-D的正弦值.
解:(1)证明:如图,连接BC1交B1C于点E,
则E为BC1的中点.
∵D为AB的中点,∴在△ABC1中,AC1∥DE
又AC1⊄平面B1CD,DE⊂平面B1CD,
∴AC1∥平面B1CD
(2)∵AC=BC,D为AB的中点,
∴CD⊥AB.又平面ABC⊥平面ABB1A1,
∴CD⊥平面ABB1A1.
∴平面B1CD⊥平面B1BD,
过点B作BH⊥B1D,垂足为H,则BH⊥平面B1CD,
连接EH,
∵B1C⊥BE,B1C⊥EH,
∴∠BEH为二面角B-B1C-D的平面角.
在Rt△BHE中,BE=,BH==,
则sin∠BEH==.
即二面角B-B1C-D的正弦值为.
21.[理](本小题满分13分)(2009·东北四市模拟)如图,正四棱柱ABCD-
A1B1C1D1中,AA1=2AB=4,点E在CC1上,且CE=λCC1.
(1)λ为何值时,A1C⊥平面BED;
(2)若A1C⊥平面BED,求二面角A1-BD-E的余弦值.
解:法一:(1)连接B1C交BE于点F,连接AC交BD于点G,
∴AC⊥BD,由垂直关系得,A1C⊥BD,
若A1C⊥平面BED,则A1C⊥BE,
由垂直关系可得B1C⊥BE,
∴△BCE∽△B1BC,∴==,
∴CE=1,∴λ==.
(2)连接A1G,连接EG交A1C于H,则A1G⊥BD.
∵A1C⊥平面BED,
∴∠A1GE是二面角A1-BD-E的平面角.
∵A1G=3,EG=,A1E=,
∴cos∠A1GE==,
法二:(1)以D为坐标原点,射线DA为x轴的正半轴,射线DC为y轴的正半轴,
射线DD1为z轴的正半轴,建立如图所示直角坐标系D-xyz.
依题设,D(0,0,0),B(2,2,0),C(0,2,0),A1(2,0,4),
∵CE=λCC1=4λ,∴E(0,2,4λ),
∴=(2,2,0),=(2,0,4),
=(-2,2,-4),=(0,2,4λ),
∵·=2×(-2)+2×2+0×(-4)=0,
∴⊥,∴DB⊥A1C.
若A1C⊥平面BED,则A1C⊥DE,∴⊥,
∴·=(-2)×0+2×2+(-4)×4λ=4-16λ=0,
∴λ=.
(2)设向量n=(x,y,z)是平面DA1B的一个法向量,
则n⊥,n⊥,∴2x+2y=0,2x+4z=0,
令z=1,则x=-2,y=2,∴n=(-2,2,1)
由(1)知平面BDE的一个法向量为=(-2,2,-4)
∴cos〈n,〉==.
即二面角A1-BD-E的余弦值为.
[文](本小题满分13分)(2010·湘潭模拟)如图,E、F分别为直角三角形ABC的直角边AC和斜边AB的中点,沿EF将△AEF折起到△A′EF的位置,连结A′B、A′C,P为A′C的中点.
(1)求证:EP∥平面A′FB;
(2)求证:平面A′EC⊥平面A′BC;
(3)求证:AA′⊥平面A′BC.
证明:(1)∵E、P分别为AC、A′C的中点,
∴EP∥A′A,又A′A⊂平面AA′B,EP⊄平面AA′B,
∴EP∥平面AA′B,
即EP∥平面A′FB.
(2)∵BC⊥AC,由题意知EF⊥A′E,EF∥BC,
∴BC⊥A′E,又∵A′E∩AC=E,
∴BC⊥平面A′EC,BC⊂平面A′BC,
∴平面A′BC⊥平面A′EC.
(3)在△A′EC中,P为A′C的中点,
又A′E=EC,∴EP⊥A′C,
在△A′AC中,EP∥A′A,∴A′A⊥A′C.
由(2)知:BC⊥平面A′EC,又A′A⊂平面A′EC,
∴BC⊥AA′,∵BC∩A′C=C,∴A′A⊥平面A′BC.
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