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- 2021-06-10 发布
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专题04 立体几何
1.(2017全国1文)如图,在四棱锥P−ABCD中,AB//CD,且.
(1)证明:平面PAB⊥平面PAD;
(2)若PA=PD=AB=DC,,且四棱锥P−ABCD的体积为,求该四棱锥的侧面积.
(2)在平面内作,垂足为.
由(1)知,平面,故,可得平面.
设,则由已知可得,.
故四棱锥的体积.
由题设得,故.
从而,,.
可得四棱锥的侧面积为.
【名师点睛】证明面面垂直,先由线线垂直证明线面垂直,再由线面垂直证明面面垂直;计算点面距离时,如直接求不方便,应首先想到转化,如平行转化、对称转化、比例转化等,找到方便求值时再计算,可以减少运算量,提高准确度,求点面距离有时能直接作出就直接求出,不方便直接求出的看成三棱锥的高,利用等体积法求出.
2.(2017全国3文)如图,四面体ABCD中,是正三角形,AD=CD.
(1)证明:AC⊥BD;
(2)已知是直角三角形,AB=BD.若E为棱BD上与D不重合的点,且AE⊥EC,求四面体ABCE与四面体ACDE的体积比.
(2)连接EO.
由(1)及题设知∠ADC=90°,所以DO=AO.
在中,.
又AB=BD,所以
,故∠DOB=90°.
由题设知为直角三角形,所以.
又是正三角形,且AB=BD,所以.
故E为BD的中点,从而E到平面ABC的距离为D到平面ABC的距离的,四面体ABCE的体积为四面体ABCD的体积的,即四面体ABCE与四面体ACDE的体积之比为1:1.
【考点】线面垂直的判定及性质定理,锥体的体积
【名师点睛】垂直、平行关系证明中应用转化与化归思想的常见类型:
(1)证明线面、面面平行,需转化为证明线线平行.
(2)证明线面垂直,需转化为证明线线垂直.
(3)证明线线垂直,需转化为证明线面垂直.
3.如图,在三棱锥中,平面,.
(1)求三棱锥的体积;
(2)求证:在线段上存在点,使得,并求的值.
(2)过点作交于点,过点作交于点,连接,如图所示.因为面,所以面.
又面,得.
又,所以面.
又面,所以.
此时点即为所找点,在中,由题意可得,所以.
由,可得,所以,所以.
4.如图,三棱柱ABC-A1B1C1的侧棱AA1⊥底面ABC,∠ACB=90°,E是棱CC1的中点,F是AB的中点,AC=BC=1,AA1=2.
(1)求证:CF∥平面AB1E;
(2)点C到平面AB1E上的距离.
∵E为侧棱CC1的中点,∴FG∥EC,FG=EC,
∴四边形FGEC是平行四边形,∴CF∥EG,
∵CF⊄平面AB1E,EG⊂平面AB1E,
∴CF∥平面AB1E.
(2)∵三棱柱ABC-A1B1C1的侧棱AA1⊥底面ABC,AA1∥BB1,∴BB1⊥平面ABC.
又AC⊂平面ABC,∴AC⊥BB1,
∵∠ACB=90°,∴AC⊥BC,
∵BB1∩BC=B,BC⊂平面BCC1B1,BB1⊂平面BCC1B1,
∴AC⊥平面EB1C,∴AC⊥CB1,
∴VA-EB1C=S△EB1C·AC=×(×1×1)×1=.
∵AE=EB1=,AB1=,∴S△AB1E=,
∵VC-AB1E=VA-EB1C,
∴点C到平面AB1E上的距离为=.
5.如图(1),在Rt△ABC中,∠ABC=90°,D为AC的中点,AE⊥BD于E(不同于点D),延长AE交BC于F,将△ABD沿BD折起,得到三棱锥A1-BCD,如图(2)所示.
(1)若M是FC的中点,求证:直线DM∥平面A1EF;
(2)求证:BD⊥A1F;
(3)若平面A1BD⊥平面BCD,试判断直线A1B与直线CD能否垂直?并说明理由.
(3)直线A1B与直线CD不能垂直.
因为平面A1BD⊥平面BCD,平面A1BD∩平面BCD=BD,EF⊥BD,EF⊂平面BCD,
所以EF⊥平面A1BD.
因为A1B⊂平面A1BD,
所以A1B⊥EF,
又因为EF∥DM,
所以A1B⊥DM.
假设A1B⊥CD,
因为A1B⊥DM,CD∩DM=D,
所以A1B⊥平面BCD,
所以A1B⊥BD,这与∠A1BD为锐角矛盾,
所以直线A1B与直线CD不能垂直.学科/网
6.如图,是圆的直径,点是圆上异于的点,垂直于圆所在的平面,且.
(1)若为线段的中点,求证:平面;
(2)求三棱锥体积的最大值;
(3)若,点在线段上,求的最小值.
又因为三棱锥的高,故三棱锥体积的最大值为.
(3)解法一:在中,,,所以.同理,所以.
在三棱锥中,将侧面绕旋转至平面,使之与平面共面,
如图所示.
当共线时,取得最小值.
又因为,,所以垂直平分,即为中点.
从而,即的最小值为.
解法二:由解法一可知,,,
所以当为的中点时,与同时取得最小值.
故.[来源: ]
所以的最小值为.