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- 2021-06-10 发布
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对应学生用书[考案7理][考案7文]
第七章 综合过关规范限时检测
(时间:120分钟 满分150分)
一、选择题(本大题共12个小题,每小题5分,共60分,在每小题给出的四个选项中只有一个是符合题目要求的)
1.已知m,n是空间中两条不同的直线,α,β是两个不同的平面,则下列说法正确的是( B )
A.若m⊂α,n⊂β,α∥β,则m∥n
B.若m⊂α,α∥β,则m∥β
C.若n⊥β,α⊥β,则n∥α
D.若m⊂α,n⊂β,α∩β=l,且m⊥l,n⊥l,则α⊥β
[解析] 两个平行平面中的两条直线可能异面,A错误;两个平行平面中任一平面内的直线都与另一平面平行,B正确;C中直线n也可能在平面α内,C错误;任一二面角的平面角的两条边都与二面角的棱垂直,但这个二面角不一定是直二面角,D错误,故选B.
2.已知两条直线m,n,两个平面α,β,给出下面四个命题:
①α∥β,m⊂α,n⊂β⇒m∥n;②m∥n,m∥α⇒n∥α;
③m∥n,m⊥α⇒n⊥α;④α∥β,m∥n,m⊥α⇒n⊥β.
其中正确命题的序号是( B )
A.①③ B.③④
C.①④ D.②③
[解析] ①α∥β,m⊂α,n⊂β,则两条直线可能异面,故不正确;②m∥n,m∥α,有可能直线n在平面α内,故不正确;③m∥n,m⊥α⇒n⊥α,根据线面垂直的判定定理得到结论正确;④α∥β,m∥n,m⊥α,则n⊥α,又因为α∥β,故n⊥β.结论正确;故正确的是③④.
3.如图,网格纸上小正方形的边长为1,粗实线画出的是某几何体的三视图,则该几何体的表面积为( C )
A.5π+18 B.6π+18
C.8π+6 D.10π+6
[解析] 该几何体的表面积为2××4π×12+2××π×12+2×3+×2π×1×3=8π+6.
4.如图,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,点O,M,N分别是线段BD,DD1,D1C1的中点,则直线OM与AC,MN的位置关系是( A )
A.与AC,MN均垂直 B.与AC垂直,与MN不垂直
C.与AC不垂直,与MN垂直 D.与AC,MN均不垂直
[解析] 因为DD1⊥平面ABCD,所以AC⊥DD1,又因为AC⊥BD,DD1∩BD=D,所以AC⊥平面BDD1B1,因为OM⊂平面BDD1B1,所以OM⊥AC.设正方体的棱长为2,则OM==,MN==,ON==,所以OM2+MN2=ON2,所以OM⊥MN.故选A.
5.在各棱长都相等的直三棱柱ABC-A1B1C1中,点D是侧面BB1C1C的中心,则AD与平面BB1C1C所成角的正切值为( D )
A. B.
C.1 D.
[解析] 如图,取BC的中点E,连接DE,AE,依题意,易得AE⊥平面BB1C1C,故∠ADE为AD与平面BB1C1C所成的角.设棱长为1,则AE=,DE=,tan∠ADE===.故选D.
6.如图,在三棱柱ABC-A1B1C1中,侧棱AA1⊥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( C )
A.CC1与B1E是异面直线
B.AC⊥平面ABB1A1
C.AE,B1C1为异面直线且AE⊥B1C1
D.A1C1∥平面AB1E
[解析] 对于A,注意到直线CC1与B1E均在侧面BCC1B1内,因此CC1与B1E不是异面直线,选项A不正确;对于B,由题意知,上底面ABC是一个正三角形,AC与AB不垂直,因此AC与平面ABB1A1不垂直,选项B不正确;对于C,注意到直线AE,B1C1是异面直线,且AE⊥BC,BC与B1C1相互平行,因此有AE⊥B1C1,因此选项C正确;对于D,注意到平面ABC与平面A1B1C1平行,且平面ABC∩平面AB1E=AE,平面A1B1C1∩平面AB1E=l(B1∈l),于是有AE与l平行,注意A1C1与直线l相交,因此A1C1与平面AB1E相交,选项D不正确.综上所述,选C.
7.一个几何体的三视图如图所示,则该几何体外接球的表面积为( B )
A.36π B.π
C.32π D.28π
[解析] 根据三视图,可知该几何体是一个四棱锥,其底面是一个边长为4的正方形,高是2.将该四棱锥还原成一个三棱柱,如图所示,则其底面是边长为4的正三角形,高是4,其中心到三棱柱的6个顶点的距离即为该四棱锥外接球的半径.∵三棱柱的底面是边长为4的正三角形,∴底面三角形的中心到三角形三个顶点的距离为×2=,∴其外接球的半径R==,外接球的表面积S=4πR2=4π×=,故选B.
8.已知直三棱柱ABC-A1B1C1中,AB=3,AC=4,AB⊥AC,AA1=2,则该三棱柱内切球O1的表面积与外接球O2的表面积的比值为( C )
A. B.
C. D.
[解析] 由题意得BC=5,设外接球O2的半径为R,则R===.因为Rt△ABC的内切圆的半径为1,且直三棱柱ABC-A1B1C1的高为2,所以该直三棱柱的内切球O1的半径r=1,所以==.
9.如图,正方体ABCD-A1B1C1D1中,下面结论错误的是( D )
A.BD∥平面CB1D1
B.异面直线AD与CB1所成的角为45°
C.AC1⊥平面CB1D1
D.AC1与平面ABCD所成的角为30°
[解析] 因为BD∥B1D1,所以BD∥平面CB1D1,A不符合题意;因为AD∥BC,所以异面直线AD与CB1所成的角为∠BCB1=45°,B不符合题意;因为AC1⊥B1D1,AC1⊥B1C,所以AC1⊥平面CB1D1,C不符合题意;AC1与平面ABCD所成的角为∠CAC1≠30°,故选D.
10.如图,在以角C为直角顶点的三角形ABC中,AC=8,BC=6,PA⊥平面ABC,F为PB上的点,在线段AB上有一点E,满足BE=λAE.若PB⊥平面CEF,则实数λ的值为( C )
A. B.
C. D.
[解析] ∵PB⊥平面CEF,∴PB⊥CE,又PA⊥平面ABC,CE⊂平面ABC,∴PA⊥CE,而PA∩PB=P,∴CE平面PAB,∴CE⊥AB,∴λ====.
11.如图,网格纸上小正方形的边长为1,粗实线及粗虚线画出的是某多面体的三视图,则该多面体的体积为( A )
A. B.
C.2 D.
[解析] 由三视图可知,该几何体为三棱锥,将其放在棱长为2的正方体中,如图中三棱锥A-BCD所示,故该几何体的体积V=××1×2×2=.
12.已知三棱锥D-ABC的底面ABC是直角三角形,AC⊥AB,AC=AB=4,DA⊥平面ABC,E是BD的中点.若此三棱锥的体积为,则异面直线AE与DC所成角的大小为( C )
A.45° B.90°
C.60° D.30°
[解析] ∵DA⊥平面ABC,S△ABC=AB·AC=8,∴三棱锥的体积V=S△ABC·DA=·DA=,∴DA=4,∴BD==4,CD==4.设BC的中点为F,连接EF,AF,如图,则EF=CD=2,AF=BC=2,AE=BD=2,∴△AEF是正三角形,∴∠AEF=60°.∵E是DB的中点,则EF∥DC,∴∠AEF是异面直线AE与DC所成的角,即异面直线AE与DC所成角的大小为60°.
二、填空题(本大题共4小题,每小题5分,共20分.把答案填在题中的横线上)
13.圆锥的底面半径为3,其侧面展开图是一个圆心角为的扇形,则此圆锥的表面积为__36π___.
[解析] 如图.
因为OA=3,
所以底面圆周长为6π,
底面圆的面积为9π,
所以弧AB长为6π,
又因为∠BSA=,则有SA·=6π,所以SA=9.
扇形ASB的面积为S=×6π×9=27π,
所以圆锥的表面积为9π+27π=36π.
14.如图,网格纸上小正方形的边长为1,粗实线画出的是某四面体的三视图,则该四面体的体积为_____.
[解析] 依题意,在棱长为2的正方体中作出该四面体的直观图,记为三棱锥A-BCD,如图所示,易知S△BCD=×1×2=1,所以V三棱锥A-BCD=S△BCD×2=×1×2=,即该四面体的体积为.
15.(文)如图所示,AB是⊙O的直径,PA⊥平面⊙O,C为圆周上一点,若AB=5 cm,AC=2 cm,则点B到平面PAC的距离为____cm___.
(理)如图所示,已知在矩形ABCD中,AB=1,BC=a,PA⊥平面ABCD.若在BC上只有一个点O满足PQ⊥QD,则a的值为__2___.
[解析] (文)联结BC.∵C为圆周上一点,AB为直径,
∴BC⊥AC.
又PA⊥平面⊙O,BC⊂平面⊙O,
∴PA⊥BC,又PA∩AC=A,
∴BC⊥平面PAC,C为垂足,即BC为点B到平面PAC的距离.
在Rt△ABC中,
BC===(cm).
(理)联结AQ,若QD⊥PQ,则DO⊥AQ(三垂线定理的逆定理).因为这样的点只有一个,那么点O必为BC与以AD为直径的圆的切点,故a=BC=2AB=2.当a>2时,有两个点Q;当00),
则A1(2,t,0),A(2,0,0),C(0,0,2),E(0,0,0),F(-2,,0),D(-,0,),
所以=(-2,-t,2),=(-2,,0).
因为A1C⊥EF,所以·=0,
所以(-2)×(-2)-t×+2×0=0,所以t=2,
所以=(-2,,0),=(-,0,).
设平面DEF的一个法向量为n=(x,y,z),
则所以
取x=1,则n=(1,,).
又==(-2,0,2),设直线A1C1与平面DEF所成的角为θ,
则sinθ=|cosn,|===,
所以直线A1C1与平面DEF所成的角的正弦值为.
19.(本小题满分12分)(文)如图,在三棱柱ABC-A1B1C1中,侧棱AA1⊥底面ABC,D为棱BC的中点,AB=AC,BC=AA1,求证:
(1)A1C∥平面ADB1;
(2)BC1⊥平面ADB1.
(本小题满分12分)(理)如图,已知在四棱锥A-BCDE中,∠CDE=∠BED=90°,AB=CD=2,DE=BE=1,AC=,F为AD的中点,平面ABC⊥平面BCDE.
(1)证明:EF∥平面ABC;
(2)求二面角B-AD-E的大小.
[解析] (文)(1)证明:如图,连接A1B,交AB1于点M,则M为A1B的中点,连接DM.
∵D为棱BC的中点,∴DM∥A1C.
又A1C⊄平面ADB1,DM⊂平面ADB1,
∴A1C∥平面ADB1.
(2)证明:在三棱柱ABC-A1B1C1中,
侧棱AA1⊥底面ABC,可得AD⊥BB1.
∵D为棱BC的中点,AB=AC,
∴AD⊥BC,又BC∩BB1=B,
∴AD⊥平面BCC1B1,即AD⊥BC1.
在矩形BCC1B1中,
∵BC=AA1,∴=,=,
又∠BB1C1=∠DBB1 =90°,
∴△DBB1∽△BB1C1,
∴∠BDB1=∠B1BC1,∠BB1D=∠B1C1B,
即∠B1BC1+∠BB1D=90°.
∴BC1⊥DB1,又AD∩DB1=D,∴BC1⊥平面ADB1.
(理)(1)如图,在平面ACD内过点F作FG∥CD,交AC于点G,连接BG.
因为∠CDE=∠BED=90°,
所以BE∥CD,
因为CD=2,BE=1,F为棱AD的中点,
所以FG∥BE且FG=BE,
所以四边形BEFG为平行四边形,
所以EF∥BG.
因为EF⊄平面ABC,BG⊂平面ABC,所以EF∥平面ABC.
(2)在直角梯形BCDE中,易得BC=,
因为AB=2,AC=,所以BC2+AC2=AB2.
所以AC⊥BC.
因为平面ABC⊥平面BCDE,平面ABC∩平面BCDE=BC,AC⊂平面ABC,所以AC⊥平面BCDE.
以点C为坐标原点建立如图所示的空间直角坐标系,可知C(0,0,0),A(0,0,),D(2,0,0),B(1,1,0),E(2,1,0),=(2,0,-),=(1,-1,0),=(0,1,0),
设平面BAD的法向量为m=(x,y,z),
则,即,
令x=1,则y=1,z=,故m=(1,1,)为平面BAD的一个法向量.
设平面EAD的法向量为n=(x1,y1,z1),
则,即,
则y1=0,令x1=1,则z1=,
所以n=(1,0,)为平面EAD的一个法向量.
所以cosm,n=,由题图可知二面角B-AD-E是锐二面角,所以二面角B-AD-E的大小为30°.
20.(本小题满分12分)(文)如图,在四棱锥P-ABCD中,PC⊥底面ABCD,ABCD是直角梯形,AB⊥AD,AB∥CD,AB=2AD=2CD=2,E是PB的中点.
(1)求证:平面EAC⊥平面PBC;
(2)若PC=,求三棱锥C-PAB的高.
(本小题满分12分)(理)如图,四边形ABCD是边长为2的菱形,∠ABC=60°,E,F分别是DC,AB的中点,将△DAE沿AE折起,使得二面角D-AE-B的大小为120°.
(1)求证:平面DCF⊥平面DCE;
(2)求二面角E-DC-A的余弦值.
[解析] (文)(1)因为PC⊥平面ABCD,AC⊂平面ABCD,所以AC⊥PC.
因为AB=2,AD=CD=1,所以AC=BC=,
所以AC2+BC2=AB2,故AC⊥BC.
又BC∩PC=C,所以AC⊥平面PBC.
因为AC⊂平面EAC,所以平面EAC⊥平面PBC.
(2)由PC=,PC⊥CB,得S△PBC=×()2=1.
由(1)知,AC为三棱锥A-PBC的高.
易知Rt△PCA≌Rt△PCB≌Rt△ACB,则PA=AB=PB=2.
于是S△PAB=×22sin60°=.
设三棱锥C-PAB的高为h,则
S△PAB·h=S△PBC·AC,×h=×1×,解得h=.
故三棱锥C-PAB的高等于.
(理)(1)由已知得,AE⊥DE.AE⊥CE,DE∩CE=E,
∴AE⊥平面DCE,又AE∥CF,∴CF⊥平面DCE.
∵CF⊂平面DCF.
∴平面DCF⊥平面DCE.
(2)解法一:由(1)知,AE⊥平面DCE,
∴AE⊥CD,过点E作EM⊥DC,交DC于点M,连接AM,因为AE∩EM=E,
∴DC⊥平面AEM,∴DC⊥AM,
∴∠AME即为所求二面角的平面角.
∵AE⊥DE,AE⊥CE,∴∠DEC=120°,
∵DE=CE=1,∴DC=.
在Rt△AME中,AE=,ME=,
∴cos∠AME===.
解法二:由已知得,AE⊥DE,AE⊥CE,∴∠DEC=120°,
以EA,EC所在直线分别为x轴,y轴,过点E作z轴⊥平面ABCE.建立如图所示的空间直角坐标系.
则E(0,0,0),A(,0,0),C(0,1,0),D(0,-,),
∴=(-,1,0),=(0,,-),
设平面DCA的法向量为m=(x,y,z),
则,即,解得,
令x=1,可得平面DCA的一个法向量为m=(1,,3),
又平面DCE的一个法向量为n=(1,0,0),
∴cosm,n===,
∴二面角E-DC-A的余弦值为
21.(本小题满分12分)(文)如图所示,△ABC所在的平面与菱形BCDE所在的平面垂直,且AB⊥BC,AB=BC=2,∠BCD=60°,点M为BE的中点,点N在线段AC上.
(1)若=λ,且DN⊥AC,求λ的值;
(2)在(1)的条件下,求三棱锥B-DMN的体积.
(本小题满分12分)(理)如图所示,在四棱台ABCD-A1B1C1D1中,AA1⊥底面ABCD,四边形ABCD为菱形,∠BAD=120°,AB=AA1=2A1B1=2.
(1)若M为CD中点,求证:AM⊥平面AA1B1B;
(2)求直线DD1与平面A1BD所成角的正弦值.
[解析] (文)(1)如图,取BC的中点O,连接ON,OD,
因为四边形BCDE为菱形,∠BCD=60°,
所以DO⊥BC,
因为△ABC所在的平面与菱形BCDE所在的平面垂直,
所以DO⊥平面ABC,
因为AC⊂平面ABC,所以DO⊥AC,
又DN⊥AC,且DN∩DO=D,所以AC⊥平面DON,
因为ON⊂平面DON,所以ON⊥AC,
由O为BC的中点,AB=BC,可得NC=AC,
所以=3,即λ=3.
(2)由平面ABC⊥平面BCDE,AB⊥BC,可得AB⊥平面BCDE,
由AB=2,=3,可得点N到平面BCDE的距离h=AB=,
由∠BCD=60°,点M为BE的中点,可得DM⊥BE,
且DM===,
所以△BDM的面积S=×DM×BM=,
所以三棱锥B-DMN的体积VB-DMN=VN-BDM=Sh=××=.
(理)(1)四边形ABCD为菱形,
∠BAD=120°,连接AC.如图,
则△ACD为等边三角形,又M为CD中点,
∴AM⊥CD,由CD∥AB得,AM⊥AB,
∵AA1⊥底面ABCD,AM⊂平面ABCD,
∴AM⊥AA1,又AB∩AA1=A,
∴AM⊥平面AA1B1B.
(2)∵四边形ABCD为菱形,∠BAD=120°,
AB=AA1=2A1B1=2,
∴DM=1,AM=,∠AMD=∠BAM=90°,
又AA1⊥底面ABCD,
∴以AB,AM,AA1所在直线分别为x轴,y轴,z轴,建立如图所示的空间直角坐标系A-xyz,
则A1(0,0,2),B(2,0,0),D(-1,,0),D1(-,,2),
∴=(,-,2),=(-3,,0),=(2,0,-2),
设平面A1BD的法向量为n=(x,y,z),
则⇒⇒y=x=z,
令x=1,则n=(1,,1),
∴直线DD1与平面A1BD所成角θ的正弦值
sinθ=|cosn,|=||=.
22.(本小题满分12分)(文)如图,在直三棱柱ABC-A1B1C1中,AC⊥BC,CC1=3,BC=3,AC=2.
(1)试在线段B1C上找一个异于B1,C的点P,使得AP⊥PC1,并证明你的结论;
(2)在(1)的条件下,求多面体A1B1C1PA的体积.
(本小题满分12分)(理)如图,四棱锥P-ABCD中,PA⊥平面ABCD,△ABC是边长为2的等边三角形,直线PB与底面ABCD所成的角为45°,PA=2CD,PD=,E是棱PD的中点.
(1)求证:CD⊥AE;
(2)在棱PB上是否存在一点T,使得平面ATE与平面APB所成锐二面角的余弦值为?若存在,请指出T的位置;若不存在,请说明理由.
[解析] (文)(1)点P满足C1P⊥B1C时,AP⊥PC1.
证明如下:
在直三棱柱ABC-A1B1C1中,C1C⊥平面ABC,AC⊂平面ABC,所以C1C⊥AC.
又AC⊥BC,C1C∩BC=C,所以AC⊥平面BCC1B1.
因为PC1⊂平面BCC1B1,所以AC⊥PC1.
又C1P⊥B1C,且B1C∩AC=C,所以PC1⊥平面AB1C,
因为AP⊂平面AB1C,所以AP⊥PC1.
(2)因为CC1⊥平面A1B1C1,B1C1⊂平面A1B1C1.所以CC1⊥B1C1.
在Rt△B1C1C中,B1C1=BC=3,CC1=3,所以B1C=6.
易证Rt△B1PC1∽Rt△B1C1C,
所以=,所以B1P=.
在Rt△B1C1C中,tan∠CB1C1==,所以∠CB1C1=,
所以S△B1PC1=B1C1·B1P·sin∠CB1C1=×3××=.
因为AC⊥平面BCC1B1,
所以VA-B1C1P=S△B1PC1·AC=××2=.
因为AA1⊥平面A1B1C1,
所以VA-A1B1C1=S△A1B1C1·A1A=××3×2×3=9.
所以多面体A1B1C1PA的体积为VA-B1C1P+VA-A1B1C1=+9=.
(理)(1)∵PA⊥平面ABCD,AB⊂平面ABCD,CD⊂平面ABCD,AD⊂平面ABCD,
∴PA⊥AB,PA⊥CD,PA⊥AD.
∵直线PB与底面ABCD所成的角为45°,
∴∠PBA=45°.
∵△ABC是边长为2的等边三角形,
∴PA=AB=2.又PA=2CD,∴CD=1.
在Rt△PAD中,PD=,PA=2,
∴AD==.
在△ADC中,AD=,CD=1,AC=2.
∴AD2+CD2=()2+12=22=AC2.
∴CD⊥AD.
又AD∩PA=A,∴CD⊥平面PAD.
又AE⊂平面PAD,∴CD⊥AE.
(2)假设在棱PB上存在一点T满足题意,=λ(0<λ≤1).
由(1)可知∠DAC=30°,所以∠DAB=90°,以A为原点,AB、AD,AP所在直线分别为x轴,y轴,z轴建立空间直角坐标系A-xyz,如图所示,
则A(0,0,0),B(2,0,0),P(0,0,2),D(0,,0),E(0,,1),
设T(x1,y1,z1),则=(x1,y1,z1-2),
又λ=(2λ,0,-2λ),
∴(x1,y1,z1-2)=(2λ,0,-2λ),
得x1=2λ,y1=0,z1=2-2λ,
∴=(x1,y1,z1)=(2λ,0,2-2λ),=(0,,1),
设平面ATE的法向量为n=(x2,y2,z2),
则有可得
令y2=2,则z2=-,x2=,
∴n=(,2,-)是平面ATE的一个法向量.
易知=(0,,0)为平面PAB的一个法向量,
∴|cosn,|=||===,
故=,即+7=10,解得λ=,
故在棱PB上存在点T且T为PB的中点,使得平面ATE与平面APB所成锐二面角的余弦值为.