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- 2021-05-13 发布
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立体几何与平面几何
安徽理(6)一个空间几何体得三视图如图所示,则该几何体的表面积为
正(主)视图
侧(左)视图
俯视图
4
4
1
1
2
第6题图
(A) 48 (B)32+8 (C) 48+8 (D) 80
(6)C【命题意图】本题考查三视图的识别以及空间多面体表面积的求法.
【解析】由三视图可知几何体是底面是等腰梯形的直棱柱.底面等腰梯形的上底为2,下底为4,高为4,两底面积和为,四个侧面的面积为,所以几何体的表面积为.故选C.
(17)(本小题满分12分)
如图,为多面体,平面与平面垂直,点在线段上,,△,△,
△都是正三角形。
(Ⅰ)证明直线∥;
(Ⅱ)求梭锥—的体积。
解:(Ⅰ)设是线段和线段延长线的交点。由于与都是正三角形,所以:
;同理,是线段和线段延长线的交点。有
,又由于和都在线段的延长线上,所以和重合。
在和中,由和,可知分别是和的中点,所以是的中位线,故。
(Ⅱ)由知,而是边长为2的正三角形,故
,所以;过点作于点,由于平面平面知,就是四棱锥的高,且,所以。
安徽文没有新题
北京理5.如图,AD、AE、BC分别与圆O切于点D、E、F,延长AF与圆O交于另一点G,给出下列三个结论:
①;②; ③.
其中正确的结论的序号是( )
A.①② B.②③ C.①③ D.①②③
【解析】:①正确。由条件可知,BD=BF,CF=CE,可得。
②正确。通过条件可知,AD=AE。由切割定理可得。
C
B
G
A
O
D
E
F
③错误。连接FD(如下图),若,则有。通过图像可知
,因而错误。答案选A.
7.某四面体三视图如图所示,该四面体四个面的面积中最大的是
A. B. C. D.
【解析】由三视图还原几何体如下图,该四面体四
个面的面积中最大的是PAC,面积为10,选C。
16.如图,在四棱锥中,平面ABCD,底面ABCD是菱形,,.
(1)求证:平面PAC;
(2)若,求PB与AC所成角的余弦值;
(3)当平面PBC与平面PDC垂直时,求PA的长.
16.(本小题共14分)
如图,在四棱锥中,平面,底面是菱形,.
(Ⅰ)求证:平面
(Ⅱ)若求与所成角的余弦值;
(Ⅲ)当平面与平面垂直时,求的长.
【解析】,与共线可得k=1。
(16)(共14分)
证明:(Ⅰ)因为四边形ABCD是菱形,
所以AC⊥BD.又因为PA⊥平面ABCD.
所以PA⊥BD,所以BD⊥平面PAC.
(Ⅱ)设AC∩BD=O.
因为∠BAD=60°,PA=PB=2,所以BO=1,AO=CO=.
如图,以O为坐标原点,建立空间直角坐标系O—xyz,则
P(0,—,2),A(0,—,0),B(1,0,0),C(0,,0).
所以设PB与AC所成角为,则
.
(Ⅲ)由(Ⅱ)知设P(0,-,t)(t>0),则
设平面PBC的法向量,则
所以令则所以
同理,平面PDC的法向量,因为平面PCB⊥平面PDC,
所以=0,即,解得,所以PA=。
北京文(5)某四棱锥的三视图如图所示,该四棱锥的表面积是
A. 32 B.
C. 48 D.
A
B
P
G
F
E
D
C
B
(17)(本小题共14分)
如图,在四面体中,,,点分别是棱的中点。
(I)求证:∥平面;
(II)求证:四边形为矩形;
(III)是否存在点,到四面体六条棱的中点的距离相等?说明理由。
证明:(I)因为分别为的中点,所以;
又平面,所以平面
(II)因为分别是棱的中点,所以
,所以四边形为平行四边形
又所以,所以四边形为矩形。
(III)存在点满足条件,理由如下:连接,设为的中点,由(II)知,且
,与(II)同理可证四边形为矩形,其对角线的交点为的中点,
且,所以为满足条件的点。
福建理12.三棱锥P-ABC中,PA⊥底面ABC,PA=3,底面ABC是边长为2的正三角形,则三棱锥P-ABC的体积等于______。
20.(本小题满分14分)
如图,四棱锥P-ABCD中,PA⊥底面ABCD,四边形ABCD中,AB⊥AD,AB+AD=4,CD=,.
(I)求证:平面PAB⊥平面PAD;
(II)设AB=AP.
(i)若直线PB与平面PCD所成的角为,
求线段AB的长;
(ii)在线段AD上是否存在一个点G,使得
点G到点P,B,C,D的距离都相等?说明理由。
20.本小题主要考查直线与直线、直线与平面、平面与平面的位置关系等基础知识,考查空间想象能力、推理论证能力、抽象根据能力、运算求解能力,考查函数与方程思想、数形结合思想、化归与转化思想,满分14分。
解法一:
(I)因为平面ABCD,平面ABCD,
所以,又
所以平面PAD。
又平面PAB,所以平面平面PAD。
(II)以A为坐标原点,建立空间直角坐标系
A—xyz(如图)
在平面ABCD内,作CE//AB交AD于点E,则
在中,DE=,
设AB=AP=t,则B(t,0,0),P(0,0,t)
由AB+AD=4,得AD=4-t,所以,
(i)设平面PCD的法向量为,
由,,得取,得平面PCD的一个法向量,
又,故由直线PB与平面PCD所成的角为,得
解得(舍去,因为AD),所以
(ii)假设在线段AD上存在一个点G,使得点G到点P,B,C,D的距离都相等,
设G(0,m,0)(其中)
则,
由得,(2)
由(1)、(2)消去t,化简得(3)
由于方程(3)没有实数根,所以在线段AD上不存在一个点G,
使得点G到点P,C,D的距离都相等。
从而,在线段AD上不存在一个点G,
使得点G到点P,B,C,D的距离都相等。
解法二:
(I)同解法一。
(II)(i)以A为坐标原点,建立空间直角坐标系A—xyz(如图)
在平面ABCD内,作CE//AB交AD于E,
则。
在平面ABCD内,作CE//AB交AD于点E,则
在中,DE=,
设AB=AP=t,则B(t,0,0),P(0,0,t),由AB+AD=4,得AD=4-t,
所以,
设平面PCD的法向量为,由,,得
取,得平面PCD的一个法向量,
又,故由直线PB与平面PCD所成的角为,得
解得(舍去,因为AD),所以
(ii)假设在线段AD上存在一个点G,使得点G到点P,B,C,D的距离都相等,
由GC=CD,得,
从而,即
设,
在中,
这与GB=GD矛盾。
所以在线段AD上不存在一个点G,使得点G到点B,C,D的距离都相等,
从而,在线段AD上不存在一个点G,使得点G到点P,B,C,D的距离都相等。
福建文
15.如图,正方体ABCD-A1B1C1D1中,AB=2,点E为AD的中点,
点F在CD上,若EF∥平面AB1C,则线段EF的长度等于 。
20.(本小题满分12分)
如图,四棱锥P-ABCD中,PA⊥底面ABCD,AB⊥AD,
点E在线段AD上,CE∥AB。
(Ⅰ)求证:CE⊥平面PAD;
(Ⅱ)若PA=AB=1,AD=3,CD=,∠CDA=45°,
求四棱锥P-ABCD的体积
20.本小题主要考查直线与直线、直线与平面的位置关系,几何体的体积等基础知识;考查空间想象能力,推理论证能力,运算求解能力;考查数形结合思想,化归与转化思想,满分12分
(I)证明:因为平面ABCD,平面ABCD,
所以,因为
又所以平面PAD。
(II)由(I)可知,
在中,DE=CD
又因为,所以四边形ABCE为矩形,
所以
又平面ABCD,PA=1,
所以
广东理7如图l—3.某几何体的正视图(主视图)是平行四边形,侧视图(左视图)和俯视图都是矩形,则该几何体的体积为
A. B. C. D.
解析:由该几何体的三视图可各该几何体是一个平行六面体,底面是以3为边长的正方形,该六面体的高
15.(几何证明选讲选做题)如图4,过圆外一点分别作圆
的切线和割线交圆于,且,是圆上一点使得,则 .
18. (本小题满分13分)
如图5,在椎体中,是边长
为1的棱形,且,,
分别是的中点,
(1)证明:;
(2)求二面角的余弦值.
注: 本题也可以
,继而可证明第(1)问,并可进一步得到AD,DE,DF两两垂直,从而建立空间直角坐标系,再解决第(2)问.总的说来,本题用传统方法,还更简单.
广东文9.如图1-3,某几何体的正视图(主视图),侧视图(左视图)和俯视图分别是等腰三角形和菱形,则该几何体体积为 C
A. B.4 C. D.2
15.(几何证明选讲选做题)如图4,在梯形ABCD中,AB∥CD,AB=4,CD=2.E,F分别为AD,BC上点,且EF=3,EF∥AB,则梯形ABFE与梯形EFCD的面积比为 7:5
18.(本小题满分13分)
图5所示的集合体是将高为2,底面半径为1的直圆柱沿过轴的平面切开后,将其中一半沿切面向右水平平移后得到的.A,A′,B,B′分别为,,,的中点,分别为的中点.
(1)证明:四点共面;
(2)设G为A A′中点,延长到H′,
使得.证明:
18.(本小题满分13分)
证明:(1)中点,
,连接BO2
直线BO2是由直线AO1平移得到
共面。
(2)将AO1延长至H使得O1H=O1A,连接//
由平移性质得=HB
,
,,,
,
,,,
湖北理14.如图,直角坐标系所在的平面为,直角坐标系(其中轴一与
轴重合)所在的平面为,。
(Ⅰ)已知平面内有一点,则点在平面内的射影的
坐标为 ;
(Ⅱ)已知平面内的曲线的方程是,则曲线在平面内的射影的方程是 。
(2,2),
18.(本小题满分12分)
如图,已知正三棱柱的各棱长都是4,是的中点,
动点在侧棱上,且不与点重合.
(Ⅰ)当=1时,求证:⊥;
(Ⅱ)设二面角的大小为,求的最小值.
18.本小题主要考查空间直线与平面的位置关系和二面角等基础知识,同时考查空间想象能力、推理论证能力和运算求解能力。(满分12分)
解法1:过E作于N,连结EF。
(I)如图1,连结NF、AC1,由直棱柱的性质知, 底面ABC侧面A1C。
又度面侧面A,C=AC,且底面ABC,
所以侧面A1C,NF为EF在侧面A1C内的射影,
在中,=1,
则由,得NF//AC1,又故。由三垂线定理知。
(II)如图2,连结AF,过N作于M,连结ME。
由(I)知侧面A1C,根据三垂线定理得
所以是二面角C—AF—E的平面角,即,
设,在中,
在故
又故当时,达到最小值;
,此时F与C1重合。
解法2:(I)建立如图3所示的空间直角坐标系,则由已知可得
于是则
故
(II)设,平面AEF的一个法向量为,
则由(I)得F(0,4,),,于是由可得
取
又由直三棱柱的性质可取侧面AC1的一个法向量为,
于是由为锐角可得,
所以, 由,得,即
故当,即点F与点C1重合时,取得最小值
湖北文7.设球的体积为,它的内接正方体的体积为,下列说法中最合适的是( )D
A. 比大约多一半;B. 比大约多两倍半;C. 比大约多一倍;D. 比大约多一杯半
18. (本小题满分12分)
如图,已知正三棱柱-的底面边长为2,侧棱长
为,点E在侧棱上,点F在侧棱上,
且,.
(I) 求证:;
(II) 求二面角的大小。
18.本小题主要考查空间直线与平面的位置关系和二面角的求法,同时考查空间想象能力和推理论证能力。(满分12分)
解法1:(Ⅰ)由已知可得
于是有,所以
又由
(Ⅱ)在中,由(Ⅰ)可得
于是有EF2+CF2=CE2,所以
又由(Ⅰ)知CF C1E,且,所以CF 平面C1EF,
又平面C1EF,故CF C1F。于是即为二面角E—CF—C1的平面角。
由(Ⅰ)知是等腰直角三角形,所以,即所求二面角E—CF—C1的大小为。
解法2:建立如图所示的空间直角坐标系,则由已知可得
(Ⅰ),,
(Ⅱ),设平面CEF的一个法向量为
由
即
设侧面BC1的一个法向量为
设二面角E—CF—C1的大小为θ,于是由θ为锐角可得
3
3
2
正视图
侧视图
俯视图
图1
,所以
即所求二面角E—CF—C1的大小为。
湖南理3.设图1是某几何体的三视图,则该几何体的体积为
A. B.
C. D.
答案:D
解析:有三视图可知该几何体是一个长方体和球构成的组合体,
其体积。
11.如图2,是半圆周上的两个三等分点,直径,
,垂足为D, 与相交与点F,则的长为 。
答案:;解析:由题可知,,
得,,又,所以
.
19.(本题满分12分)如图5,在圆锥中,已知的直径的中点.
(I)证明:
(II)求二面角的余弦值.
解:(I)连接,因为,为的中点,所以.
又因为内的两条相交直线,所以而,所以。
(II)在平面中,过作于,由(I)知,,所以又所以.
在平面中,过作连接,则有,从而,所以是二面角的平面角.
在,在
在,;
,所以。故二面角的余弦值为。
湖南文
19.(本题满分12分)
如图3,在圆锥中,已知的直径的中点.
(I)证明:
(II)求直线和平面所成角的正弦值.
解析:(I)因为
又内的两条相交直线,所以
(II)由(I)知,又所以平面在平面中,过作则连结,则是上的射影,所以是直线和平面所成的角.
在,在。
江苏16.(本小题满分14分)如图,在四棱锥中,平面PAD⊥平面ABCD,
AB=AD,∠BAD=60°,E、F分别是AP、AD的中点
求证:(1)直线EF//平面PCD;
(2)平面BEF⊥平面PAD.
答案:(1)因为E、F分别是AP、AD的中点,
又
直线EF//平面PCD
(2)连接BD为正三角形
F是AD的中点,
又平面PAD⊥平面ABCD,
所以,平面BEF⊥平面PAD.
解析:本题主要考查空间想象能力和推理论证能力、考查平面的表示,直线与平面、平面与平面平行和垂直的判定及性质,容易题.
附加:A.选修4-1:几何证明选讲
(本小题满分10分)
如图,圆与圆内切于点,其半径分别为与().圆的弦交圆于点(不在上).
求证:为定值.
A.选修4-1:几何证明选讲
本小题主要考查两圆内切、相似比等基础知识,考查推理论证能力,满分10分。
证明:连结AO1,并延长分别交两圆于点E和点D连结BD、CE,因为圆O1与圆O2内切于点A,所以点O2在AD上,故AD,AE分别为圆O1,圆O2的直径。
从而,所以BD//CE,
于是,所以AB:AC为定值。
江西理8. 已知 ,,是三个相互平行的平面,平面 ,之间的距离为,平面,之间的距离为,直线与 ,,分别相交于 ,,,那么“”是“”的
A. 充分不必要条件 B. 必要不充分条件
C. 充分必要条件 D. 既不充分也不必要条件
【解析】因为∥∥,当时不难推出,同时当时也可以推出,∴“”是“”的充分必要条件
21. (本小题满分14分)
(1)如图,对于任一给定的四面体,找出依次排列的四个相互平行的平面,使得
,且其中每相邻两个平面间的距离都相等;
(2)给定依次排列的四个相互平行的平面,其中每相邻两个平面间的距离都为1,若一个正四面体的四个顶点满足,求该正四面体的体积.
【解析】
o
N
M
z
x
y
(1)如图所示,取的三等分点,,的中点,的中点,过三点,,作平面,过三点,,作平面,因为∥,∥,所以平面∥平面,再过点,分别作平面,与平面平行,那么四个平面,,,依次相互平行,由线段被平行平面,,,截得的线段相等知,期中每相邻两个平面间的距离相等,故,,,为所求平面.
(2)解法一:当(1)中的四面体为正四面体,若所得的四个平行平面,每相邻两平面之间的距离为1,则正四面体就是满足题意的正四面体.设正四面体的棱长为,以的中心为坐标原点,以直线为轴,直线为轴建立如图的右手直角坐标系,
则,,,
令,为的三等分点,为的中点,有
,,所以,,
设平面的法向量为,有,即
所以,.因为,,,相邻平面之间的距离为1,所以点到平面的距离:
,解得,由此可得,边长为的正四面体满足条件.所以所求正四面体的体积.
()
解法二:如图,现将此正四面体置于一个正方体中,(或者说,在正四面体的四个面外侧各镶嵌一个直角正三棱锥,得到一个正方体),,分别是,的中点,和是两个平行平面,若其距离为1,则正四面体即为满足条件的正四面体.右图是正方体的上底面,现设正方体的棱长为,若,则有,据,得,
于是正四面体的棱长,其体积.
(即等于一个棱长为的正方体割去四个直角正三棱锥后的体积)
江西文9.将长方体截去一个四棱锥,得到的几何体如右图所示,则该几何体的左视图为( )
答案:D 左视图即是从正左方看,找特殊位置的可视点,
连起来就可以得到答案。
辽宁理8.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 D
A.AC⊥SB;B.AB∥平面SCD
C.SA与平面SBD所成的角等于SC与平面SBD所成的角
D.AB与SC所成的角等于DC与SA所成的角
12.已知球的直径SC=4,A,B是该球球面上的两点,AB=,,则棱锥S—ABC的体积为 C
A. B. C. D.1
15.一个正三棱柱的侧棱长和底面边长相等,体积为,它的三视图中的俯
视图如右图所示,左视图是一个矩形,则这个矩形的面积是 .
22.(本小题满分10分)选修4-1:几何证明选讲
如图,A,B,C,D四点在同一圆上,AD的延长线与BC的延长线交于E点,且EC=ED.
(I)证明:CD//AB;
(II)延长CD到F,延长DC到G,使得EF=EG,证明:A,B,G,F
四点共圆.
22.解:
(I)因为EC=ED,所以∠EDC=∠ECD.
因为A,B,C,D四点在同一圆上,所以∠EDC=∠EBA.
故∠ECD=∠EBA,
所以CD//AB. …………5分
(II)由(I)知,AE=BE,因为EF=FG,故∠EFD=∠EGC
从而∠FED=∠GEC.
连结AF,BG,则△EFA≌△EGB,故∠FAE=∠GBE,
又CD//AB,∠EDC=∠ECD,所以∠FAB=∠GBA.
所以∠AFG+∠GBA=180°.
故A,B,G,F四点共圆 …………10分
辽宁文10.已知球的直径SC=4,A,B是该球球面上的两点,AB=2,∠ASC=∠BSC=45°,则棱锥S-ABC的体积为 C
A. B. C. D.
18.(本小题满分12分)
如图,四边形ABCD为正方形,QA⊥平面ABCD,PD∥QA,QA=AB=PD.
(I)证明:PQ⊥平面DCQ;
(II)求棱锥Q—ABCD的的体积与棱锥P—DCQ的体积的比值.
18.解:(I)由条件知PDAQ为直角梯形
因为QA⊥平面ABCD,所以平面PDAQ⊥平面ABCD,交线为AD.
又四边形ABCD为正方形,DC⊥AD,所以DC⊥平面PDAQ,可得PQ⊥DC.
在直角梯形PDAQ中可得DQ=PQ=PD,则PQ⊥QD
所以PQ⊥平面DCQ. ………………6分
(II)设AB=a.
由题设知AQ为棱锥Q—ABCD的高,所以棱锥Q—ABCD的体积
由(I)知PQ为棱锥P—DCQ的高,而PQ=,△DCQ的面积为,
所以棱锥P—DCQ的体积为
故棱锥Q—ABCD的体积与棱锥P—DCQ的体积的比值为1.…………12分
全国Ⅰ理(6)在一个几何体的三视图中,正视图和俯视图如右图所示,
则相应的俯视图可以为 D
(15)已知矩形的顶点都在半径为4的球的球面上,且,则棱锥的体积为 。
(22)(本小题满分10分)选修4-1:几何证明选讲
如图,,分别为的边,上的点,且不与的顶点重合。已知的长为,,的长是关于的方程的两个根。
(Ⅰ)证明:,,,四点共圆;
(Ⅱ)若,且,求,,,所在圆的半径。
(22)解:(I)连接DE,根据题意在△ADE和△ACB中,
AD×AB=mn=AE×AC,
即.又∠DAE=∠CAB,从而△ADE∽△ACB
因此∠ADE=∠ACB 所以C,B,D,E四点共圆。
(Ⅱ)m=4, n=6时,方程x2-14x+mn=0的两根为x1=2,x2=12.故 AD=2,AB=12.
取CE的中点G,DB的中点F,分别过G,F作AC,AB的垂线,两垂线相交于H点,连接DH.因为C,B,D,E四点共圆,所以C,B,D,E四点所在圆的圆心为H,半径为DH.
由于∠A=900,故GH∥AB, HF∥AC. HF=AG=5,DF= (12-2)=5.故C,B,D,E四点所在圆的半径为5
全国Ⅰ文(7) 设长方体的长、宽、高分别为2a、a、a,其顶点都在一个球面上,则该球的表面积为
(A)3a2 (B)6a2 (C)12a2 (D) 24a2
B
(15)一个几何体的正视图为一个三角形,则这个几何体可能是下列几何体中的_______(填入所有可能的几何体前的编号)
①三棱锥 ②四棱锥 ③三棱柱 ④四棱柱 ⑤圆锥 ⑥圆柱
①②③⑤
(18)(本小题满分12分)
如图,已知四棱锥的底面为等腰梯形,∥,,垂足为,是四棱锥的高。
(Ⅰ)证明:平面 平面;
(Ⅱ)若,60°,求四棱锥的体积。
(2)因为ABCD为等腰梯形,ABCD,ACBD,AB=. 所以HA=HB=.
因为APB=ADR=600,所以PA=PB=,HD=HC=1.,可得PH=.
等腰梯形ABCD的面积为S=AC x BD = 2+. ……..9分
所以四棱锥的体积为V=x(2+)x= ……..12分
全国Ⅱ理(6)已知直二面角, 点A∈,AC⊥,C为垂足,B∈,BD⊥,D为垂足,若AB=2,AC=BD=1,则D到平面ABC的距离等于
(A) (B) (C) (D)1
【答案】:C
【命题意图】:本小题主要考查面面垂直的性质及点到面的距离的求法。
【解析】:如图,因为二面角是直二面角,AC⊥,所以AC⊥,面
,过作
于,则,即为D到平面ABC的距离。在中,,在中,,
(11)已知平面截一球面得圆M,过圆心M且与成二面角的平面截该球面
得圆N.若该球面的半径为4,圆M的面积为,则圆N的面积为
(A) (B) (C) (D)
【答案】:D
【命题意图】:本小题主要考查了球及球的截面的相关知识。
【解析】:如图:,由的面积为,故
在,
,在
(16)已知E、F分别在正方体ABCD-A1B1C1D1棱BB1、CC1上,且B1E=2EB,CF=2FC1,则面AEF与面ABC所成的二面角的正切值等于_____________.
【答案】:
【命题意图】:本小题主要考查了无棱二面角的作法及求法。
【解析】:连并延长交的延长线于,连,过作,连,则由三垂线定理知为面AEF与面ABC所成的二面角的平面角.
易求得.
(19)(本小题满分12分)(注意:在试题卷上作答无效)
如图,棱锥中,∥,⊥,侧面为等边三角形,
==2,==1.
(Ⅰ)证明:⊥平面;
(Ⅱ)求与平面所成的角的大小.
【命题立意】:本小题主要考查空间直线与直线、直线与平面、平面与平面的位置关系及线面角等基础知识,
考查空间想象能力、推理论证能力和运算能力.
【解析】:(Ⅰ)证明:连
又
取的中点,连,则
又∥,⊥,
,
又
故⊥平面.
(Ⅱ)过作,过作,连,则∥,与平面所成的角为与平面所成的角。由(Ⅰ)有,
又,故即为所求。
在中,
.
全国Ⅱ文(15)己知正方体中,为的中点,则异面直线与所成角的余弦值为等于 .[来
【答案】
【解析】取的中点,为所求角,设棱长为2,则,
山东理
主(正)视图
俯视图
11.下图是长和宽分别相等的两个矩形.给定下列三个命题:①存在三棱柱,其正(主)视图、俯视图如下图;②存在四棱柱,其正(主)视图、俯视图如下图;③存在圆柱,其正(主)视图、俯视图如下图.其中真命题的个数是
(A)3 (B)2 (C)1 (D)0
【答案】A
【解析】对于①,可以是放倒的三棱柱;容易判断②③可以.
19.(本小题满分12分)
在如图所示的几何体中,四边形ABCD为平行四边形,∠ ACB=,EA⊥平面ABCD,EF∥AB,FG∥BC,EG∥AC.AB=2EF.
(Ⅰ)若M是线段AD的中点,求证:GM∥平面ABFE;
(Ⅱ)若AC=BC=2AE,求二面角A-BF-C的大小.
【解析】(Ⅰ)连结AF,因为EF∥AB,FG∥BC,
EF∩FG=F,所以平面EFG∥平面ABCD,又易证∽,
所以,即,即,又M为AD
的中点,所以,又因为FG∥BC∥AD,所以FG∥AM,所以四边形AMGF是平行四边形,故GM∥FA,又因为GM平面ABFE,FA平面ABFE,所以GM∥平面ABFE.
(Ⅱ)取AB的中点O,连结CO,因为AC=BC,所以CO⊥AB,
又因为EA⊥平面ABCD,CO平面ABCD,所以EA⊥CO,
又EA∩AB=A,所以CO⊥平面ABFE,在平面ABEF内,过点O作OH⊥BF于H,连结CH,由三垂线定理知: CH⊥BF,所以为二面角A-BF-C的平面角.
设AB=2EF=,因为∠ ACB=,AC=BC=,CO=,,连结FO,容易证得FO∥EA且,所以,所以OH==,所以在中,tan∠ CHO=,故∠ CHO=,所以二面角A-BF-C的大小为.
山东文
19.(本小题满分12分)
如图,在四棱台中,平面,底面是平行四边形,,,60°
(Ⅰ)证明:;
(Ⅱ)证明:.
19.(I)证法一:
因为平面ABCD,且平面ABCD,
所以,又因为AB=2AD,,
在中,由余弦定理得
,所以,因此,
又所以又平面ADD1A1,故
证法二:
因为平面ABCD,且平面ABCD,
所以,取AB的中点G,连接DG,
在中,由AB=2AD得AG=AD,
又,所以为等边三角形。
因此GD=GB,故,又,
所以平面ADD1A1,又平面ADD1A1,故
(II)连接AC,A1C1,设,连接EA1
因为四边形ABCD为平行四边形,所以
由棱台定义及AB=2AD=2A1B1知A1C1//EC且A1C1=EC,
所以边四形A1ECC1为平行四边形,因此CC1//EA1,
又因为EA平面A1BD,平面A1BD,所以CC1//平面A1BD。
陕西理5.某几何体的三视图如图所示,则它的体积是 ( )
(A) (B)(C)(D)
【思路点拨】根据已知的三视图想象出空间几何体,然后由几何体的组成和有关几何体体积公式进行计算.
【精讲精析】选A 由几何体的三视图可知几何体为一个组合体,
即一个正方体中间去掉一个圆锥体,所以它的体积是
.
B.(几何证明选做题)如图,∠B=∠D,,,且AB=6,AC=4,AD=12,则BE= .
【分析】寻找两个三角形相似的条件,再根据相似三角形的对应边成比例求解.
【解】因为,
所以∠AEB=,又因为∠B=∠D,所以△AEB∽△ACD,所以,
所以,在Rt△AEB中,.
【答案】
陕西文
15.B.(几何证明选做题)如图,∠B=∠D,,,且AB=6,AC=4,AD=12,则AE= .
【分析】寻找两个三角形相似的条件,再根据相似三角形的对应边成比例求解.
【解】因为,
所以∠AEB=,又因为∠B=∠D,所以△AEB∽△ACD,所以,所以.
【答案】2
16. (本小题满分12分)
如图,在△ABC中,∠ABC=45°,∠BAC=90°,AD是BC上的高,沿AD把△ABD折起,使∠BDC=90,
(1)证明:平面ADB⊥平面BDC;
(2 )设BD=1,求三棱锥D—ABC的表面积。
【分析】(1)确定图形在折起前后的不变性质,如角的大小不变,线段长度不变,线线关系不变,再由面面垂直的判定定理进行推理证明;(2)充分利用垂直所得的直角三角形,根据直角三角形的面积公式计算.
【解】(1)∵折起前AD是BC边上的高,
∴ 当Δ ABD折起后,AD⊥DC,AD⊥DB,
又DBDC=D,
∴AD⊥平面BDC,又∵AD 平面BDC.
∴平面ABD⊥平面BDC.
(2)由(1)知,DA,,,DB=DA=DC=1,AB=BC=CA=,
∴三棱锥D—ABC的表面积是
上海理
7.若圆锥的侧面积为,底面面积为,则该圆锥的体积为 .
21.(14分)已知是底面边长为1的正四棱柱,是和的交点。
(1)设与底面所成的角的大小为,二面角的大小为。
求证:;
(2)若点到平面的距离为,求
正四棱柱的高。
21.解:设正四棱柱的高为。
⑴ 连,底面于,
∴ 与底面所成的角为,即
∵ ,为中点,∴,又,
∴ 是二面角的平面角,即
∴ ,。
⑵ 建立如图空间直角坐标系,有
设平面的一个法向量为,
∵ ,取得
∴ 点到平面的距离为,则。
上海文
已知是底面边长为1的正四棱柱,高,求
(1)异面直线与所成角的大小(结果用反三角函数值表示);
(2)四面体的体积.
20、解:⑴ 连,∵ ,
∴ 异面直线与所成角为,记,
∴ 异面直线与所成角为。
⑵ 连,则所求四面体的体积
。
四川理
3.,,是空间三条不同的直线,则下列命题正确的是
(A), (B),
(C),,共面 (D),,共点,,共面
答案:B
解析:由,,根据异面直线所成角知与所成角为90°,选B.
15.如图,半径为R的球O中有一内接圆柱.当圆柱的侧面积最大时,球的表面积与该圆柱的侧面积之差是_________.
答案:2πR2
解析:如图,设求的一条半径与圆柱相应的母线夹角为α,则圆柱的侧面积,当时,S取最大值,此时球的表面积与该圆柱的侧面积之差为.
19.(本小题共l2分)
如图,在直三棱柱ABC-A1B1C1中.∠ BAC=90°,AB=AC=AA1 =1.D是棱CC1上的一P是AD的延长线与A1C1的延长线的交点,且PB1∥平面BDA.
(I)求证:CD=C1D:
(II)求二面角A-A1D-B的平面角的余弦值;
(Ⅲ)求点C到平面B1DP的距离.
19.解析:(1)连接交于,,
,又为的中点,
中点,,,D为的中点。
(2)由题意,过B 作,连接,则
,为二面角的平面角。在中,,则
(3)因为,所以,
,
在中,,
四川文
15.如图,半径为4的球O中有一内接圆柱.当圆柱的侧面积最大时,球的表面积与该圆柱的侧面积之差是_________.
答案:32π
解析:如图,设球一条半径与圆柱相应的母线夹角为α,圆柱侧面积=,当时,S取最大值,此时球的表面积与该圆柱的侧面积之差为.
19.(本小题共l2分)
如图,在直三棱柱ABC-A1B1C1中,∠BAC=90°,AB=AC=AA1=1,延长A1C1至点P,使C1P=A1C1,连接AP交棱CC1于D.
(Ⅰ)求证:PB1∥平面BDA1;
(Ⅱ)求二面角A-A1D-B的平面角的余弦值;
本小题主要考查直三棱柱的性质、线面关系、二面角等基本知识,并考查空间想象能力和逻辑推理能力,考查应用向量知识解决问题的能力.
解法一:
(Ⅰ)连结AB1与BA1交于点O,连结OD,
∵C1D∥平面AA1,A1C1∥AP,∴AD=PD,又AO=B1O,
∴OD∥PB1,又ODÌ面BDA1,PB1Ë面BDA1,
∴PB1∥平面BDA1.
(Ⅱ)过A作AE⊥DA1于点E,连结BE.∵BA⊥CA,BA⊥AA1,且AA1∩AC=A,
∴BA⊥平面AA1C1C.由三垂线定理可知BE⊥DA1.
∴∠BEA为二面角A-A1D-B的平面角.
在Rt△A1C1D中,,
又,∴.
在Rt△BAE中,,∴.
故二面角A-A1D-B的平面角的余弦值为.
解法二:
如图,以A1为原点,A1B1,A1C1,A1A所在直线分别为x轴,y轴,z轴建立空间直角坐标系A1-B1C1A,则,,,,.
(Ⅰ)在△PAA1中有,即.
∴,,.
设平面BA1D的一个法向量为,
则令,则.
∵,
∴PB1∥平面BA1D,
(Ⅱ)由(Ⅰ)知,平面BA1D的一个法向量.
又为平面AA1D的一个法向量.∴.
故二面角A-A1D-B的平面角的余弦值为.
天津理
12.一个几何体的三视图如图所示,则这个几何体的体积为 .
【解】.
几何体是由一个正四棱锥和一个长方体组合而成.
设几何体的体积为,正四棱锥的体积为,长方体的体积为.
则.
14.如图,四边形是圆的内接四边形,延长和相交于点.若,.则的值为 .
【解】.
因为四边形是圆的内接四边形,
所以,又,所以.于是.
因为,,所以,
从而,于是,.
19.(本小题满分分)如图,在长方体中,分别是棱,上的点,,.
(Ⅰ)求异面直线与所成的角的余弦值;
(Ⅱ)证明:;
(Ⅲ)求二面角的正弦值.
【解】解法1.如图所示,建立空间坐标系,点为坐标原点.设,由,知
,,,.
于是,,,,.
(Ⅰ),.
于是.
由于异面直线所成的角的范围是,所以异面直线与所成的角的余弦值为.
(Ⅱ),,,
则,.于是,,又,
所以.
(Ⅲ)设平面的法向量,则即
取,则,..
由(Ⅱ)可知,为平面的一个法向量,又.
所以,从而.
所以二面角的正弦值为.
解法2.设,由,知
,,,.
(Ⅰ)连接,,设与交于点,易知.
由,所以.
所以是异面直线与所成的角.
因为,
所以由余弦定理有
.
所以异面直线与所成的角的余弦值为.
(Ⅱ)连接,设与交于点.
因为,所以.从而.
又由于,所以.因此.
又因为,且,所以.从而.
连接,同理可证,从而,所以.
因为,,,所以.
(Ⅲ)连接.由(Ⅱ)可知.
又,,所以.
因此为二面角的平面角.
易知,则,又,所以.
在中,.在中,。
连接,在中,。
在中,,所以。
所以二面角的正弦值为.
天津文
12题图
11.如图,四边形是圆的内接四边形,延长和相交于点.若,.则的值为 .
【解】.
因为四边形是圆的内接四边形,
所以,又,
所以.
于是.
因为,,,所以,.
12.一个几何体的三视图如图所示,则这个几何体的体积为 .
【解】.设几何体的体积为,则.
19.(本小题满分分)如图,在五面体中,四边形
是正方形,,,,,.
(Ⅰ)求异面直线与所成的角的余弦值;
(Ⅱ)证明:;
(Ⅲ)求二面角的正切值.
【解】(Ⅰ)因为四边形是正方形,所以.
故为异面直线与所成的角.
因为,所以.故.
在中,,,
所以.因此.
所以异面直线与所成的角的余弦值为.
(Ⅱ)过点作,交于,则,又,
所以.从而.又,且.所以.
(Ⅲ)由(Ⅱ)及已知,可得,即为的中点.
取的中点,连接.则.因为,所以.
过点作,交于.则为二面角的平面角.
连接,可得.所以,从而.由已知可得.
由,,可得.在中,.
所以二面角的正切值为.
浙江理3.下列命题中错误的是 D
A.如果平面⊥平面,那么平面内一定存在直线平行于平面
B.如果平面不垂直于平面,那么平面内一定不存在直线垂直于平面
C.如果平面⊥平面,平面⊥平面,,那么⊥平面
D.如果平面⊥平面,那么平面内所有直线都垂直于平面
14.已知一个球的球心到过球面上A、B、C三点的截面的距离等于此球半径的一半,若,则球的体积为 ▲ .
20.(本小题满分15分)
如图,在平面内直线EF与线段AB相交于C点,∠BCF=,且AC = CB = 4,将此平面沿直线EF折成的二面角-EF-,BP⊥平面,点P为垂足.
(Ⅰ) 求△ACP的面积;
(Ⅱ) 求异面直线AB与EF所成角的正切值.
B
A
F
C
E
C
B
P
A
E
F
(第20题图)
20.(本小题满分15分)
方法一:
(Ⅰ)解:如图,在平面内,过点P作PM⊥EF,点M为垂足,连结BM,则∠BMP为二面角-EF-的平面角. 以点P为坐标原点,以直线PM为x轴,射线PB为z轴的正半轴,建立如图所示的空间直角坐标系Pxyz.
在Rt△BMC中,由∠BCM=,CB = 4,得
CM =,BM =2.
在Rt△BMP中,由∠BMP=,BM =2,得
MP = 1,BP =.
故P(0,0,0),B(0,0,),C(-1,-,0),M(-1,0,0).
由∠ACM=,得A(1,-4,0).所以= (1,,0),= (2,-,0),
则-10, cos∠ACP = -, sin∠ACP = .
因此S△ACP=. ………………………………………………………7分
(Ⅱ)解:=(1,-4,-),=(0,-2,0),24,
cos<>=, 所以AB与EF所成角的正切值为. …15分
方法二:
C
B
P
A
E
M
Q
F
(Ⅰ)解:如图,在平面内,过点P作PM⊥EF,点M为垂足,连结BM,则∠BMP为二面角-EF-的平面角.在Rt△BMC中,由∠BCM=,CB = 4,得CM =,BM=2.
在Rt△BMP中,由∠BMP=,BM=2,得MP=1.
在Rt△CMP中,由CM =,MP=1,得
CP=, cos∠PCM=, sin∠PCM =.
故 sin∠ACP = sin(-∠PCM)=. 所以S△ACP=. …7分
(Ⅱ)解:如图,过点A作AQ∥EF,交MP于点Q ,
则∠BAQ是AB与EF所成的角,且AQ⊥平面BMQ .
在△BMQ中, 由∠BMQ=,BM=MQ=2,得 BQ = 2.
在Rt△BAQ中, 由AQ=AC+CM =4,BQ = 2,得
tan∠BAQ =. 因此AB与EF所成角的正切值为. ……15分
浙江文(4)若直线不平行于平面,且,则 B
A.内的所有直线与异面 B.内不存在与平行的直线
C.内存在唯一的直线与平行 D.内的直线与都相交
(7)几何体的三视图如图所示,则这个几何体的直观图可以是 B
(20)(本题满分14分)如图,在三棱锥中,,为的中点,⊥平面,垂足落在线段上.
(Ⅰ)证明:⊥;
(Ⅱ)已知,,,.求二面角的大小.
(20)本题主要考查空间线线、线面、面面位置关系,二面角等基础知识,同时考查空间想象能力和推理论证能力。满分14分。
(Ⅰ)证明:由AB=AC,D是BC中点,得,
又平面ABC,,得
因为,所以平面PAD,故
(Ⅱ)解:如图,在平面PAB内作于M,连CM。
因为平面BMC,所以APCM。故为二面角B—AP—C的平面角。
在,在,
在中,,所以
在
又
故,同理,因为
所以,即二面角B—AP—C的大小为
重庆理(9)高为的四棱锥S-ABCD的底面是边长为1的正方形,点S、A、B、C、D均在半径为1的同一球面上,则底面ABCD的中心与顶点S之间的距离为 C
(A) (B) (C) 1 (D) [来源:学|科|
(19)(本小题满分12分,(Ⅰ)小问5分,(Ⅱ)小问7分.)
如题(19)图,在四面体中,平面平面,,,。
(Ⅰ)若,,求四面体的体积;
(Ⅱ) 若二面角为,求异面直线与所 成角的余弦值.
19.(本题12分)
(I)解:如答(19)图1,设F为AC的中点,由于AD=CD,所以DF⊥AC.故由平面ABC⊥平面ACD,知DF⊥平面ABC,
即DF是四面体ABCD的面ABC上的高,且DF=ADsin30°=1,
AF=ADcos30°=.在Rt△ABC中,因AC=2AF=,
AB=2BC,由勾股定理易知
;
故四面体ABCD的体积
(II)解法一:如答(19)图1,设G,H分别为边CD,
BD的中点,则FG//AD,GH//BC,从而∠FGH是异面直线AD与BC所成的角或其补角.
设E为边AB的中点,则EF//BC,由AB⊥BC,知EF⊥AB.又由(I)有DF⊥平面ABC,
故由三垂线定理知DE⊥AB.所以∠DEF为二面角C—AB—D的平面角,由题设知∠DEF=60°
设在
从而因Rt△ADE≌Rt△BDE,故BD=AD=a,从而,在Rt△BDF中,,又从而在△FGH中,因FG=FH,由余弦定理得
,因此,异面直线AD与BC所成角的余弦值为
解法二:如答(19)图2,过F作FM⊥AC,交AB于M,
已知AD=CD,平面ABC⊥平面ACD,易知FC,FD,FM
两两垂直,以F为原点,射线FM,FC,FD分别为x轴,
y轴,z轴的正半轴,建立空间直角坐标系F—xyz.
不妨设AD=2,由CD=AD,∠CAD=30°,易知点A,C,D
的坐标分别为:
显然向量是平面ABC的法向量.
已知二面角C—AB—D为60°,故可取平面ABD的单位法向量,
使得
设点B的坐标为,有
;
易知与坐标系的建立方式不合,舍去.
因此点B的坐标为所以从而
故异面直线AD与BC所成的角的余弦值为
重庆文(10)高为的四棱锥的底面是边长为1的正方形,点、、、、均在半径为1的同一球面上,则底面的中心与顶点之间的距离为 A
(A) (B) (C) (D)
(20)(本小题满分12分,(Ⅰ)小问6分,(Ⅱ)小问6分.)
如图,在四面体中,平面平面,,,.
(Ⅰ)求四面体的体积;
(Ⅱ)求二面角的平面角的正切值.
20.(本题12分)
解法一:(I)如答(20)图1,过D作DF⊥AC垂足为F,
故由平面ABC⊥平面ACD,知DF⊥平面ABC,即DF
是四面体ABCD的面ABC上的高,设G为边CD的中点,
则由AC=AD,知AG⊥CD,从而
由
故四面体ABCD的体积
(II)如答(20)图1,过F作FE⊥AB,垂足为E,连接DE。由(I)知DF⊥
平面ABC。由三垂线定理知DE⊥AB,故∠DEF为二面角C—AB—D的平面角。
在
在中,EF//BC,从而EF:BC=AF:AC,所以
在Rt△DEF中,
解法二:(I)如答(20)图2,设O是AC的中点,过O作OH⊥AC,交AB于H,过O作OM⊥AC,交AD于M,由平面ABC⊥平面ACD,知OH⊥OM。因此以O为原点,以射线OH,OC,OM分别为x轴,y轴,z轴的正半轴,可建立空间坐标系O—xyz.已知AC=2,故点A,C的坐标分别为A(0,—1,0),C(0,1,0)。
设点B的坐标为,有
即点B的坐标为又设点D的坐标为有
即点D的坐标为从而△ACD边AC上的高为
又
故四面体ABCD的体积
(II)由(I)知
设非零向量是平面ABD的法向量,则由有: (1)
由,有 (2)
取,由(1),(2),可得
显然向量是平面ABC的法向量,
从而
即二面角C—AB—D的平面角的正切值为
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