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  • 2021-05-14 发布

高考数学立体几何理科专题02 二面角

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‎2018届高考数学立体几何(理科)专题02 二面角 ‎1.如图,在三棱柱中, 侧面底面.‎ ‎ (1)求证: 平面;‎ ‎(2)若,求二面角的余弦值.‎ ‎2.如图所示的多面体中,下底面平行四边形与上底面平行,且 ‎,,,,平面平面,点为的中点.‎ ‎(1)过点作一个平面与平面平行,并说明理由;‎ ‎(2)求平面与平面所成锐二面角的余弦值.‎ ‎3.如图,在四棱锥中,底面为平行四边形, , ,且底面.‎ ‎(1)证明:平面平面;‎ ‎(2)若为的中点,且,求二面角的大小.‎ ‎4.如图所示的几何体是由棱台和棱锥拼接而成的组合体,其底面四边形是边长为2的菱形,,平面.‎ ‎(1)求证:;‎ ‎(2)求平面与平面所成锐角二面角的余弦值.‎ ‎5.在四棱锥中,四边形是矩形,平面 平面,点、分别为、中点.‎ ‎(1)求证: 平面;‎ ‎(2)若,求平面DEF与平面所成锐二面角的余弦值.‎ ‎6.如图,在四棱锥中,底面为直角梯形, ,平面底面, 为中点, 是棱上的点, .‎ ‎(Ⅰ)若点是棱的中点,求证: 平面;‎ ‎(Ⅱ)求证:平面平面;‎ ‎(Ⅲ)若二面角为,设,试确定的值.‎ ‎2018届高考数学立体几何(理科)专题02 二面角(教师版)‎ ‎1.如图,在三棱柱中, 侧面底面.‎ ‎ (1)求证: 平面;‎ ‎(2)若,求二面角的余弦值.‎ ‎【答案】(1)证明见解析;(2).‎ 侧面底面,侧面,.‎ 又,平面.‎ ‎(2)在中, ,又菱形中, ,为正三角形.‎ 设为平面的方向量,则 令,得为平面的一个法向量.又为平面的一个法向量,‎ ‎.二面角的余弦值为.‎ ‎2.如图所示的多面体中,下底面平行四边形与上底面平行,且,,,,平面平面,点为的中点.‎ ‎(1)过点作一个平面与平面平行,并说明理由;‎ ‎(2)求平面与平面所成锐二面角的余弦值.‎ ‎【答案】(1)见解析;(2)‎ 试题解析:(1)取的中点,的中点,连接、、,‎ 如图所示.则平面平面,平面即为所求的平面. ‎ 理由如下:在平行四边形中,点分别是与的中点,‎ 所以,在中,点分别是的中点,所以. ‎ 显然,,所以平面平面,亦即平面 平面. ‎ ‎(2)不妨设,,,故,.‎ 在平行四边形中,,所以.‎ 取的中点,则.又平面平面,平面平面,所以平面. ‎ 连接,因为,,所以,又,所以.‎ 如图所示,以点为坐标原点建立空间直角坐标系,则,,,,,,,,.‎ 所以,,,.‎ 设平面的法向量为,‎ 则由,即,整理得.令,.所以.‎ 所以.‎ ‎3.如图,在四棱锥中,底面为平行四边形, , ,且底面.‎ ‎(1)证明:平面平面;‎ ‎(2)若为的中点,且,求二面角的大小.‎ ‎【答案】(1)见解析(2)‎ 试题解析:(1)证明:∵,∴,∴,∴.‎ 又∵底面,∴.∵,∴平面.‎ 而平面,∴平面平面.‎ ‎(2)解:由(1)知, 平面,‎ ‎∴,∴.故, .‎ 设平面的法向量为,则,即,令,得.‎ 易知平面的一个法向量为,则,∴二面角的大小为.‎ ‎4.如图所示的几何体是由棱台和棱锥拼接而成的组合体,其底面四边形是边长为2的菱形,,平面.‎ ‎(1)求证:;‎ ‎(2)求平面与平面所成锐角二面角的余弦值.‎ ‎【答案】(1)证明见解析;(2).‎ 又棱台中,‎ ‎∴‎ ‎ (2)建立空间直角坐标系如图所示, 则,, ,,,, 所以,,,,‎ 设平面的一个法向量为,则,‎ ‎∴,.令,得, ∴;‎ 设平面的法向量为,则,‎ ‎∴,令,得,, ∴, ‎ 设平面与平面所成锐二面角为,则,‎ 所以平面与平面所成锐二面角的余弦值为. ‎ ‎5.在四棱锥中,四边形是矩形,平面 平面,点、分别为、中点.‎ ‎(1)求证: 平面;‎ ‎(2)若,求平面DEF与平面所成锐二面角的余弦值.‎ ‎【答案】(1)见解析(2)‎ 试题解析:(I)证明:取中点,连接.在△中,有 分别为、中点 ‎ 而平面, 平面 平面 ‎ ‎(II)取中点,连接,设. 四边形是矩形 ‎ ‎ 平面 平面,平面 平面= , 平面 ‎ 平面 又 , , 为中点 ‎ , , .‎ 故可建立空间直角坐标系,如图所示,则 ‎, , , , ‎ ‎ , ‎ ‎ , ‎ 设是平面的一个法向量,则,‎ 即不妨设,则.‎ 易知向量为平面的一个法向量.‎ ‎ ‎ 故平面与平面所成锐二面角的余弦值为. ‎ ‎6.如图,在四棱锥中,底面为直角梯形, ,平面底面, 为中点, 是棱上的点, .‎ ‎(Ⅰ)若点是棱的中点,求证: 平面;‎ ‎(Ⅱ)求证:平面平面;‎ ‎(Ⅲ)若二面角为,设,试确定的值.‎ 试题解析:‎ 因为平面, 平面所以平面.‎ ‎(Ⅱ)因为为中点,‎ 所以四边形为平行四边形,所以.‎ 因为,所以,即.‎ 又因为平面平面,且平面平面,‎ 所以平面,因为平面,所以平面平面.‎ ‎(Ⅲ)因为为的中点,所以.‎ 又因为平面平面,且平面平面,所以平面 以为原点,以的方向分别为轴, 轴的正方向,建立如图所示的空间直角坐标系,‎ 则点, , , ,平面的一个法向量.‎ 设,则,,因为 所以 在平面中, ,‎ 因为二面角为,所以,所以.‎