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  • 2021-06-10 发布

2019-2020高考真题分类汇编 专题八 立体几何第二十四讲 空间向量与立体几何答案

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专题八 立体几何 第二十四讲 空间向量与立体几何 答案部分[来源:学§科§网Z§X§X§K]‎ ‎2019年 ‎1.解析:(1)连结B1C,ME.‎ 因为M,E分别为BB1,BC的中点,所以ME∥B1C,且ME=B1C.‎ 又因为N为A1D的中点,所以ND=A1D.‎ 由题设知A1B1DC,可得B1CA1D,故MEND,‎ 因此四边形MNDE为平行四边形,MN∥ED.‎ 又MN平面EDC1,所以MN∥平面C1DE.‎ ‎(2)由已知可得DE⊥DA.‎ 以D为坐标原点,的方向为x轴正方向,建立如图所示的空间直角坐标系D-xyz,‎ 则,A1(2,0,4),,,,,,.‎ 设为平面A1MA的法向量,则,‎ 所以可取.‎ 设为平面A1MN的法向量,则 所以可取.‎ 于是,‎ 所以二面角的正弦值为.‎ ‎2.解析:(I)因为平面,所以. ‎ 又因为,所以.平面,‎ ‎(II)过A作AD的垂线交BC于点M,因为平面,所以,如图建立空间直角坐标系A-xyz,则A(0,0,0),B(2,-1,0),C(2,2,0),‎ D(0,2,0),P(0,0,2),因为E为PD的中点,所以E(0,1,1).‎ 所以,, .‎ 所以,‎ 设平面AEF的法向量为,则 ‎,即.‎ 令z=1,则y=-1,x=-1.于是.‎ 又因为平面PAD的法向量为,所以.‎ 因为二面角F-AE-P为锐角,所以其余弦值为 ‎(III)直线AG在平面AEF内,因为点G在PB上,且 所以,.‎ 由(II)知,平面AEF的法向量为,‎ 所以,所以直线AG在平面AEF内.‎ ‎3.解析:方法一:‎ ‎(I)连接A1E,因为A1A=A1C,E是AC的中点,所以A1E⊥AC.‎ 又平面A1ACC1⊥平面ABC,A1E平面A1ACC1,‎ 平面A1ACC1∩平面ABC=AC,‎ 所以,A1E⊥平面ABC,则A1E⊥BC.‎ 又因为A1F∥AB,∠ABC=90°,故BC⊥A1F.‎ 所以BC⊥平面A1EF.‎ 因此EF⊥BC.‎ ‎(Ⅱ)取BC中点G,连接EG,GF,则EGFA1是平行四边形.‎ 由于A1E⊥平面ABC,故AE1⊥EG,所以平行四边形EGFA1为矩形.‎ 由(I)得BC⊥平面EGFA1,则平面A1BC⊥平面EGFA1,‎ 所以EF在平面A1BC上的射影在直线A1G上.‎ 连接A1G交EF于O,则∠EOG是直线EF与平面A1BC所成的角(或其补角).‎ 不妨设AC=4,则在Rt△A1EG中,A1E=2,EG=.‎ 由于O为A1G的中点,故,‎ 所以.‎ 因此,直线EF与平面A1BC所成角的余弦值是.‎ 方法二:‎ ‎(Ⅰ)连接A1E,因为A1A=A1C,E是AC的中点,所以A1E⊥AC.‎ 又平面A1ACC1⊥平面ABC,A1E平面A1ACC1,‎ 平面A1ACC1∩平面ABC=AC,所以,A1E⊥平面ABC.‎ 如图,以点E为原点,分别以射线EC,EA1为y,z轴的正半轴,建立空间直角坐标系E–xyz.‎ 不妨设AC=4,则 A1(0,0,2),B(,1,0),,,C(0,2,0).‎ 因此,,.‎ 由得.‎ ‎(Ⅱ)设直线EF与平面A1BC所成角为,‎ 由(Ⅰ)可得,,‎ 设平面A1BC的法向量为,‎ 由,得,‎ 取,故.‎ 因此直线EF与平面A1BC所成角的余弦值为.‎ ‎4.证明:(1)因为D,E分别为BC,AC的中点,‎ 所以ED∥AB.‎ 在直三棱柱ABC-A1B1C1中,AB∥A1B1,‎ 所以A1B1∥ED.‎ 又因为ED⊂平面DEC1,A1B1平面DEC1,‎ 所以A1B1∥平面DEC1.‎ ‎(2)因为AB=BC,E为AC的中点,所以BE⊥AC.‎ 因为三棱柱ABC-A1B1C1是直棱柱,所以CC1⊥平面ABC.‎ 又因为BE⊂平面ABC,所以CC1⊥BE.‎ 因为C1C⊂平面A1ACC1,AC⊂平面A1ACC1,C1C∩AC=C,‎ 所以BE⊥平面A1ACC1.‎ 因为C1E⊂平面A1ACC1,所以BE⊥C1E.‎ ‎32.(2019全国Ⅲ理19)图1是由矩形ADEB、Rt△ABC和菱形BFGC组成的一个平面图形,其中AB=1,BE=BF=2,∠FBC=60°,将其沿AB,BC折起使得BE与BF重合,连结DG,如图2.‎ ‎(1)证明:图2中的A,C,G,D四点共面,且平面ABC⊥平面BCGE;‎ ‎(2)求图2中的二面角B-CG-A的大小.‎ ‎5.解析(1)由已知得ADBE,CGBE,所以ADCG,故AD,CG确定一个平面,从而A,C,G,D四点共面.‎ 由已知得ABBE,ABBC,故AB平面BCGE.‎ 又因为AB平面ABC,所以平面ABC平面BCGE.‎ ‎(2)作EHBC,垂足为H.因为EH平面BCGE,平面BCGE平面ABC,所以EH平面ABC.‎ 由已知,菱形BCGE的边长为2,∠EBC=60°,可求得BH=1,EH=.‎ 以H为坐标原点,的方向为x轴的正方向,建立如图所示的空间直角坐标系,‎ 则A(–1,1,0),C(1,0,0),G(2,0,),=(1,0,),=(2,–1,0).‎ 设平面ACGD的法向量为n=(x,y,z),则 即 所以可取n=(3,6,–).‎ 又平面BCGE的法向量可取为m=(0,1,0),所以.‎ 因此二面角B–CG–A的大小为30°.‎ ‎6.解析:(1)由已知得,平面,平面,‎ 故.‎ 又,所以平面.‎ ‎(2)由(1)知.由题设知,所以,‎ 故,.‎ 以为坐标原点,的方向为x轴正方向,为单位长,建立如图所示的空间直角坐标系D-xyz,‎ 则C(0,1,0),B(1,1,0),(0,1,2),E(1,0,1),,,.‎ 设平面EBC的法向量为n=(x,y,x),则 即 所以可取n=.‎ 设平面的法向量为m=(x,y,z),则 即 所以可取m=(1,1,0).‎ 于是.‎ 所以,二面角的正弦值为.‎ ‎7.解析:(I)因为平面,所以. ‎ 又因为,所以.平面,‎ ‎(II)过A作AD的垂线交BC于点M,因为平面,所以,如图建立空间直角坐标系A-xyz,则A(0,0,0),B(2,-1,0),C(2,2,0),‎ D(0,2,0),P(0,0,2),因为E为PD的中点,所以E(0,1,1).‎ 所以,, .‎ 所以,‎ 设平面AEF的法向量为,则 ‎,即.‎ 令z=1,则y=-1,x=-1.于是.‎ 又因为平面PAD的法向量为,所以.‎ 因为二面角F-AE-P为锐角,所以其余弦值为 ‎(III)直线AG在平面AEF内,因为点G在PB上,且 所以,.‎ 由(II)知,平面AEF的法向量为,‎ 所以,所以直线AG在平面AEF内.‎ ‎8.解析:方法一:‎ ‎(I)连接A1E,因为A1A=A1C,E是AC的中点,所以A1E⊥AC.‎ 又平面A1ACC1⊥平面ABC,A1E平面A1ACC1,‎ 平面A1ACC1∩平面ABC=AC,‎ 所以,A1E⊥平面ABC,则A1E⊥BC.‎ 又因为A1F∥AB,∠ABC=90°,故BC⊥A1F.‎ 所以BC⊥平面A1EF.‎ 因此EF⊥BC.‎ ‎(Ⅱ)取BC中点G,连接EG,GF,则EGFA1是平行四边形.‎ 由于A1E⊥平面ABC,故AE1⊥EG,所以平行四边形EGFA1为矩形.‎ 由(I)得BC⊥平面EGFA1,则平面A1BC⊥平面EGFA1,‎ 所以EF在平面A1BC上的射影在直线A1G上.‎ 连接A1G交EF于O,则∠EOG是直线EF与平面A1BC所成的角(或其补角).‎ 不妨设AC=4,则在Rt△A1EG中,A1E=2,EG=.‎ 由于O为A1G的中点,故,‎ 所以.‎ 因此,直线EF与平面A1BC所成角的余弦值是.‎ 方法二:‎ ‎(Ⅰ)连接A1E,因为A1A=A1C,E是AC的中点,所以A1E⊥AC.‎ 又平面A1ACC1⊥平面ABC,A1E平面A1ACC1,‎ 平面A1ACC1∩平面ABC=AC,所以,A1E⊥平面ABC.‎ 如图,以点E为原点,分别以射线EC,EA1为y,z轴的正半轴,建立空间直角坐标系E–xyz.‎ 不妨设AC=4,则 A1(0,0,2),B(,1,0),,,C(0,2,0).‎ 因此,,.‎ 由得.‎ ‎(Ⅱ)设直线EF与平面A1BC所成角为,‎ 由(Ⅰ)可得,,‎ 设平面A1BC的法向量为,‎ 由,得,‎ 取,故.‎ 因此直线EF与平面A1BC所成角的余弦值为.‎ ‎9.解析(1)由已知得ADBE,CGBE,所以ADCG,故AD,CG确定一个平面,从而A,C,G,D四点共面.‎ 由已知得ABBE,ABBC,故AB平面BCGE.‎ 又因为AB平面ABC,所以平面ABC平面BCGE.‎ ‎(2)作EHBC,垂足为H.因为EH平面BCGE,平面BCGE平面ABC,所以EH平面ABC.‎ 由已知,菱形BCGE的边长为2,∠EBC=60°,可求得BH=1,EH=.‎ 以H为坐标原点,的方向为x轴的正方向,建立如图所示的空间直角坐标系,‎ 则A(–1,1,0),C(1,0,0),G(2,0,),=(1,0,),=(2,–1,0).‎ 设平面ACGD的法向量为n=(x,y,z),则 即 所以可取n=(3,6,–).‎ 又平面BCGE的法向量可取为m=(0,1,0),所以.‎ 因此二面角B–CG–A的大小为30°.‎ ‎10.解析:(1)由已知得,平面,平面,‎ 故.‎ 又,所以平面.‎ ‎(2)由(1)知.由题设知,所以,‎ 故,.‎ 以为坐标原点,的方向为x轴正方向,为单位长,建立如图所示的空间直角坐标系D-xyz,‎ 则C(0,1,0),B(1,1,0),(0,1,2),E(1,0,1),,,.‎ 设平面EBC的法向量为n=(x,y,x),则 即 所以可取n=.‎ 设平面的法向量为m=(x,y,z),则 即 所以可取m=(1,1,0).‎ 于是.‎ 所以,二面角的正弦值为.‎ ‎11.解析:(1)连结B1C,ME.‎ 因为M,E分别为BB1,BC的中点,所以ME∥B1C,且ME=B1C.‎ 又因为N为A1D的中点,所以ND=A1D.‎ 由题设知A1B1DC,可得B1CA1D,故MEND,‎ 因此四边形MNDE为平行四边形,MN∥ED.‎ 又MN平面EDC1,所以MN∥平面C1DE.‎ ‎(2)由已知可得DE⊥DA.‎ 以D为坐标原点,的方向为x轴正方向,建立如图所示的空间直角坐标系D-xyz,‎ 则,A1(2,0,4),,,,,,.‎ 设为平面A1MA的法向量,则,‎ 所以可取.‎ 设为平面A1MN的法向量,则 所以可取.‎ 于是,‎ 所以二面角的正弦值为.‎ ‎12.解析:(I)因为平面,所以. ‎ 又因为,所以.平面,‎ ‎(II)过A作AD的垂线交BC于点M,因为平面,所以,如图建立空间直角坐标系A-xyz,则A(0,0,0),B(2,-1,0),C(2,2,0),‎ D(0,2,0),P(0,0,2),因为E为PD的中点,所以E(0,1,1).‎ 所以,, .‎ 所以,‎ 设平面AEF的法向量为,则 ‎,即.‎ 令z=1,则y=-1,x=-1.于是.‎ 又因为平面PAD的法向量为,所以.‎ 因为二面角F-AE-P为锐角,所以其余弦值为 ‎(III)直线AG在平面AEF内,因为点G在PB上,且 所以,.‎ 由(II)知,平面AEF的法向量为,‎ 所以,所以直线AG在平面AEF内.‎ ‎13.解析 依题意,可以建立以为原点,分别以的方向为轴,轴,‎ 轴正方向的空间直角坐标系,如图所示,可得,.设,则.‎ ‎(Ⅰ)依题意,是平面的法向量,又,可得,又因为直线平面,所以平面.‎ ‎(Ⅱ)依题意,.‎ 设为平面的法向量,则,即,不妨令,‎ 可得.因此有.‎ 所以,直线与平面所成角的正弦值为.‎ ‎(Ⅲ)设为平面的法向量,则,即,‎ 不妨令,可得.‎ 由题意,有,解得.经检验,符合题意.‎ 所以,线段的长为.‎ ‎2010-2018年 ‎1.【解析】(1)由已知可得,⊥,⊥,所以⊥平面PEF.‎ 又平面,所以平面⊥平面.‎ ‎(2)作⊥,垂足为.由(1)得,⊥平面.‎ 以为坐标原点,的方向为轴正方向,为单位长,建立如图所示的空间直角坐标系.‎ 由(1)可得,⊥.又=2,=1,所以=.‎ 又=1,=2,故⊥.‎ 可得,.‎ 则,,,,‎ 为平面的法向量.‎ 设与平面所成角为,则.‎ 所以与平面所成角的正弦值为.‎ ‎2.【解析】(1)在三棱柱中,‎ ‎∵⊥平面,‎ ‎∴四边形为矩形.‎ 又,分别为,的中点,‎ ‎∴⊥.‎ ‎∵.‎ ‎∴⊥,‎ ‎∴⊥平面.‎ ‎(2)由(1)知⊥,⊥,∥.‎ 又⊥平面,∴⊥平面.‎ ‎∵平面,∴⊥.‎ 如图建立空间直角坐称系.‎ 由题意得,,,,.‎ ‎∴,,‎ 设平面的法向量为,‎ ‎∴,∴,‎ 令,则,,‎ ‎∴平面的法向量,‎ 又∵平面的法向量为,‎ ‎∴.‎ 由图可得二面角为钝角,所以二面角的余弦值为.‎ ‎(3)平面的法向量为,∵,,‎ ‎∴,∴,∴与不垂直,‎ ‎∴与平面不平行且不在平面内,∴与平面相交.‎ ‎3.【解析】(1)因为,为的中点,所以,且.‎ 连结.因为,所以为等腰直角三角形,‎ 且,.‎ 由知.‎ 由,知平面.‎ ‎(2)如图,以为坐标原点,的方向为轴正方向,建立空间直角坐标系.‎ 由已知得,,,,,‎ ‎,取平面的法向量.‎ 设,则.‎ 设平面的法向量为.‎ 由得,可取,‎ 所以.由已知得.‎ 所以.解得(舍去),.‎ 所以.又,所以.‎ 所以与平面所成角的正弦值为.‎ ‎4.【解析】(1)由题设知,平面⊥平面,交线为.‎ 因为⊥,平面,所以⊥平面,故⊥.‎ 因为为上异于,的点,且为直径,所以 ⊥.‎ 又=,所以⊥平面.‎ 而平面,故平面⊥平面.‎ ‎(2)以为坐标原点,的方向为轴正方向,建立如图所示的空间直角坐标系.‎ 当三棱锥体积最大时,为的中点.‎ 由题设得,,,,,‎ ‎,,‎ 设是平面的法向量,则 即 可取.‎ 是平面的法向量,因此 ‎,‎ ‎,‎ 所以面与面所成二面角的正弦值是.‎ ‎5.【解析】依题意,可以建立以为原点,分别以,,的方向为轴,轴,轴的正方向的空间直角坐标系(如图),可得,,,,,,,,.‎ ‎(1)证明:依题意,.设为平面的法向量,则 即 不妨令,可得.‎ 又,可得,‎ 又因为直线平面,所以∥平面.‎ ‎(2)依题意,可得,,.‎ 设为平面的法向量,则 即 ‎ 不妨令,可得.‎ 设为平面的法向量,则 即 不妨令,可得.‎ 因此有,于是.‎ 所以,二面角的正弦值为.‎ ‎(3)设线段的长为(),则点的坐标为,可得.‎ 易知,为平面的一个法向量,故 ‎,‎ 由题意,可得,解得.‎ 所以线段的长为.‎ ‎6.【解析】如图,在正三棱柱中,设,的中点分别为,,则,,,以为基底,建立空间直角坐标系.‎ 因为,‎ 所以.‎ ‎(1)因为为的中点,所以,‎ 从而,‎ 故.‎ 因此,异面直线BP与AC1所成角的余弦值为.‎ ‎(2)因为Q为BC的中点,所以,‎ 因此,.‎ 设n=(x,y,z)为平面AQC1的一个法向量,‎ 则即 不妨取,‎ 设直线CC1与平面AQC1所成角为,‎ 则,‎ 所以直线CC1与平面AQC1所成角的正弦值为.‎ ‎7.【解析】(1)由已知,得AB⊥AP,CD⊥PD.‎ 由于AB∥CD,故AB⊥PD,从而AB⊥平面PAD.‎ 又AB 平面PAB,所以平面PAB⊥平面PAD.‎ ‎(2)在平面内做,垂足为,‎ 由(1)可知,平面,故,可得平面.‎ 以为坐标原点,的方向为轴正方向,为单位长,建立如图所示的空间直角坐标系.‎ 由(1)及已知可得,,,.‎ 所以,,,‎ ‎.‎ 设是平面的法向量,则 ‎,即,‎ 可取.‎ 设是平面的法向量,则 ‎,即,‎ 可取.‎ 则,‎ 所以二面角的余弦值为.‎ ‎8.【解析】(1)取的中点,连结,.因为是的中点,所以,.由得,又,所以,四边形是平行四边形,,又平面,平面,故∥平面.‎ ‎(2)由已知得,以为坐标原点,的方向为轴正方向,为单位长,建立如图的空间直角坐标系,则,,,,,.‎ 设,则,.‎ 因为与底面所成的角为,而是底面的法向量,所以,,‎ 即. ①‎ 又在棱上,设,则 ‎,,. ②‎ 由①,②解得(舍去),‎ 所以,从而.‎ 设是平面的法向量,则 ‎,即,‎ 所以可取,于是.‎ 因此二面角的余弦值为.‎ ‎9.【解析】(1)由题设可得,,从而.‎ 又是直角三角形,所以 取的中点,连接,,则,.‎ 又由于是正三角形,故.‎ 所以为二面角的平面角.‎ 在中,.‎ 又,所以,故.‎ 所以平面平面.‎ ‎(2)由题设及(1)知,两两垂直,以为坐标原点,的方向为轴正方向,为单位长,建立如图所示的空间直角坐标系,则 ‎,,,.‎ 由题设知,四面体的体积为四面体的体积的,从而到平面的距离为到平面的距离的,即为的中点,得.故 ‎,,‎ 设是平面的法向量,则即 可取 设是平面的法向量,则同理可得 则 所以二面角的余弦值为. ‎ ‎10.【解析】如图,以为原点,分别以,,方向为x轴、y轴、z轴正方向建立空间直角坐标系.依题意可得 ‎,,,,,,,.‎ ‎(Ⅰ)证明:=,=.设,为平面的法向量,‎ 则,即.不妨设,可得.又=(1,2,),可得.‎ 因为平面BDE,所以MN//平面BDE.‎ ‎(Ⅱ)易知为平面CEM的一个法向量.设为平面EMN的法向量,则,因为,,所以.不妨设,可得.‎ 因此有,于是.‎ 所以,二面角C—EM—N的正弦值为.‎ ‎(Ⅲ)依题意,设AH=h(),则H(0,0,h),进而可得,.由已知,得,整理得,解得,或.‎ 所以,线段AH的长为或.‎ ‎11.【解析】(Ⅰ)设交点为,连接.‎ 因为平面,平面平面,所以.‎ 因为是正方形,所以为的中点,在中,知为的中点.‎ ‎(Ⅱ)取的中点,连接,.‎ 因为,所以.‎ 又因为平面平面,且平面,所以平面.‎ 因为平面,所以.‎ 因为是正方形,所以.‎ 如图建立空间直角坐标系,则,,,‎ ‎,.‎ 设平面的法向量为,则,即.‎ 令,则,.于是.‎ 平面的法向量为,所以.‎ 由题知二面角为锐角,所以它的大小为.‎ ‎(Ⅲ)由题意知,,.‎ 设直线与平面所成角为,则.‎ 所以直线与平面所成角的正弦值为.‎ ‎12.【解析】(1)∵面面,面面,[来源:学科网]‎ ‎∵,面,∴面, ‎ ‎∵面, ∴,‎ 又,∴面,‎ ‎(2)取中点为,连结,,‎ ‎∵, ∴, ‎ ‎∵, ∴, ‎ 以为原点,如图建系易知,,,,‎ 则,,,,‎ 设为面的法向量,令.‎ ‎,则与面夹角有,‎ ‎(3)假设存在点使得面, 设,,‎ 由(2)知,,,,‎ 有 ‎∴‎ ‎∵面,为的法向量,‎ ‎∴,即,∴‎ ‎∴综上,存在点,即当时,点即为所求.‎ ‎13.【解析】(Ⅰ)连结,取的中点,连结,因为,在上底面内,不在上底面内,所以上底面,所以平面;又因为,平面,平面,所以平面;所以平面平面,由平面,所以平面.‎ E F B A C G H ‎(Ⅱ) 连结, ,以为原点,分别以为 ‎ 轴,建立空间直角坐标系.‎ E F B A C O,‎ O x y z ‎,.‎ ‎,‎ 于是有,,,,‎ 可得平面中的向量,,‎ 于是得平面的一个法向量为,‎ 又平面的一个法向量为,‎ 设二面角为,‎ 则.‎ 二面角的余弦值为.‎ ‎14.【解析】(1)证明:找到中点,连结,∵矩形,∴‎ ‎∵、是中点,∴是的中位线,∴且,‎ ‎∵是正方形中心,∴,∴且.‎ ‎∴四边形是平行四边形,∴‎ ‎∵面,∴面 ‎(2)正弦值,如图所示建立空间直角坐标系 ‎,,,‎ 设面的法向量 得:∴‎ ‎∵面,∴面的法向量 ‎(3)∵,∴‎ 设,‎ ‎∴,得:‎ ‎15.【解析】(Ⅰ)连接,设,连接.‎ 在菱形中,不妨设,由,可得,‎ 由平面,可知,,‎ 又∵,∴,,‎ 在中,可得,故.在中,可得.‎ 在直角梯形中,由,,,可得,‎ ‎∴,∴,‎ ‎∵∩=,∴平面,‎ ‎∵面,∴平面平面.‎ ‎(Ⅱ)如图,以为坐标原点,分别以的方向为轴,y轴正方向,为单位长度,建立空间直角坐标系G-xyz,由(Ⅰ)可得(0,-,0),(1,0, ),(-1,0,),(0,,0),‎ ‎∴=(1,,),=(-1,-,).‎ 故.‎ 所以直线与所成的角的余弦值为.‎ ‎16.【解析】解法一:(Ⅰ)如图,取的中点,连接,,‎ 又是的中点,,‎ 又是中点,,‎ 由四边形ABCD是矩形得,∥,,‎ 所以∥,且.‎ 从而四边形是平行四边形,所以∥,‎ 又,所以∥平面.‎ ‎(Ⅱ)如图,在平面内,过点作∥,因为.‎ 又因为平面,所以,.‎ 以为原点,分别以的方向为x轴,轴,轴的正方向,‎ 建立空间直角坐标系,则A(0,0,2),B(0,0,0),E(2,0,0),F(2,2,1)‎ 因为平面,所以为平面的法向量,‎ 设为平面AEF的法向量.又,,‎ 由取得.‎ 从而 所以平面AEF与平面BEC所成锐二面角的余弦值为.‎ 解法二:(Ⅰ)如图,取中点,连接,,‎ 又是的中点,可知,‎ 又,[来源:学科网]‎ 所以平面.‎ 在矩形ABCD中,由分别是,的中点得.‎ 又,所以.‎ 又因为,‎ 所以平面,‎ 因为,所以 ‎(Ⅱ)同解法一.‎ ‎17.【解析】(Ⅰ)证法一:连接,设,连接.‎ 在三棱台中,,为的中点,‎ 可得,‎ 所以四边形为平行四边形,‎ 则为的中点,又为的中点,所以∥,‎ 又平面,平面,所以∥平面.‎ 证法二:在三棱台中,由,为的中点,‎ 可得∥,,所以四边形为平行四边形,‎ 可得 ∥,‎ 在中,为的中点,为的中点,所以∥,‎ 又,所以平面∥平面,‎ 因为平面,所以 ∥平面.‎ ‎(Ⅱ)解法一:设,则,‎ 在三棱台中,为的中点,‎ 由,可得四边形为平行四边形,‎ 因此∥,又平面,所以 平面,‎ 在中,由,,是中点,‎ 所以 ,因此 两两垂直,‎ 以为坐标原点,建立如图所示的空间直角坐标系,‎ 所以 可得,‎ 故,‎ 设是平面的一个法向量,则 由 可得 可得 平面的一个法向量,‎ 因为是平面的一个法向量,,‎ 所以,‎ 所以平面与平面所成角(锐角)的大小为.‎ 解法二:作与点,作与点,连接.‎ 由平面,得,‎ 又,所以平面,‎ 因此,所以即为所求的角,‎ 在中,∥,,‎ 由,可得,从而,‎ 由 平面,平面,得 ,‎ 因此 ,所以 ,‎ 所以 平面与平面所成角(锐角)的大小为.‎ ‎18.【解析】(Ⅰ)在图1中,因为,,是的中点,‎ ‎=,所以.‎ 即在图2中,,.从而平面.‎ 又∥,所以平面.‎ ‎ ‎ ‎(Ⅱ)由已知,平面平面,又由(Ⅰ)知,,.‎ 所以为二面角的平面角,所以.‎ 如图,以为原点,建立空间直角坐标系,‎ 因为,‎ 所以,,,.‎ 得 ,.‎ 设平面的法向量,平面的法向量,‎ 平面与平面夹角为,‎ 则,得,取,‎ ‎,得,取,‎ 从而,‎ 即平面与平面夹角的余弦值为.‎ ‎19.【解析】(Ⅰ)连接交于点,连结.‎ 因为为矩形,所以为的中点.‎ 又为的中点,所以∥.‎ 平面,平面,所以∥平面.‎ ‎(Ⅱ)因为平面,为矩形,所以,,两两垂直.‎ 如图,以为坐标原点,的方向为轴的正方向,为单位长,建立空间直角坐标系,‎ 则.‎ 设,则.‎ 设为平面的法向量,‎ 则即,可取.‎ 又为平面的法向量,‎ 由题设,即,解得.‎ 因为为的中点,所以三棱锥的高为.‎ 三棱锥的体积.‎ ‎20.【解析】(Ⅰ)证明:∵四边形为等腰梯形,且,‎ 所以且,连接 为四棱柱, ‎ 又为的中点,‎ ‎,‎ ‎,‎ 为平行四边形,‎ 又 ,,.‎ ‎(Ⅱ)方法一: 由(Ⅰ)知 平面平面=‎ 作,连接 则即为所求二面角的平面角.‎ 在中, ‎ 在中,.‎ 方法二:连接,由(Ⅰ)知且[来源:Z*xx*k.Com]‎ ‎∴为平行四边形.可得,由题意,‎ 所以为正三角形.‎ 因此,∴.‎ 以为原点,为轴,为轴,为轴建立空间坐标系,‎ 设平面的法向量为 ‎ ‎ 显然平面的法向量为 显然二面角为锐角,‎ 所以平面和平面所成角的余弦值为 ‎21.【解析】(Ⅰ)(方法一)∵,‎ 且,∴为三角形,‎ ‎.同理,∵,‎ 且,为三角形 ‎,∴,‎ 过作,垂足为,连接,‎ 可证出,‎ 所以,即.‎ 从而证出面,又面,所以.‎ ‎(方法二)由题意,以为坐标原点,在平面内过作垂直的直线为轴,‎ 所在直线为轴,在平面内过作垂直的直线为轴,建立如图所示空问直角坐标系.易得,,‎ ‎,.因而,‎ ‎,∴,‎ ‎,因此,‎ ‎∴,所以.‎ ‎(Ⅱ)如上图中,平面的一个法向量为.设平面的法向量 ‎,又,,‎ 由得其中.‎ 设二面角大小为,且由题意知为锐角 ‎,因此,‎ 即所求二面角的正弦值为.‎ ‎22.【解析】(Ⅰ)连接,交,连接AO,因为侧面,‎ 所以 又 又 ‎(Ⅱ)因为 又因为,‎ 以 ‎.‎ 因为 则 ‎23.【解析】:(Ⅰ)因为平面,平面平面平面 所以平面又平面所以. ‎ ‎(Ⅱ)过点在平面内作,如图.‎ 由(Ⅰ)知平面平面所以.以为坐标原点,分别以的方向为轴, 轴, 轴的正方向建立空间直角坐标系.‎ 依题意,得.‎ 则.‎ 设平面的法向量.‎ 则即.‎ 取得平面的一个法向量.‎ 设直线与平面所成角为,‎ 则 即直线与平面所成角的正弦值为.‎ ‎24.【解析】(Ⅰ)在直角梯形中,由,得,,‎ 由,则,即,‎ 又平面平面,从而平面,‎ 所以,又,从而平面.‎ ‎(Ⅱ)方法一:作,与交于点,过点作,‎ 与交于点,连结,由(Ⅰ)知,,则,‎ 所以是二面角的平面角,在直角梯形中,‎ 由,得,‎ 又平面平面,得平面,从而,,‎ 由于平面,得:,在中,由,‎ ‎,得,‎ 在中,,,得,‎ 在中,,,,‎ 得,,从而,‎ 在中,利用余弦定理分别可得,‎ 在中,,‎ 所以,即二面角的大小是.‎ 方法二:以为原点,分别以射线为轴的正半轴,建立空间直角坐标系如图所示,由题意可知各点坐标如下:‎ ‎,‎ 设平面的法向量为,平面的法向量为,‎ 可算得,,‎ 由得,,可取,‎ 由得,,可取,‎ 于是,由题意可知,‎ 所求二面角是锐角,故二面角的大小是.‎ ‎25.【解析】(Ⅰ)平面,‎ ‎,又,,‎ 平面,‎ ‎,又,‎ 平面,即;‎ ‎(Ⅱ)设,则中,,又,‎ ‎,,由(Ⅰ)知 ‎,,‎ ‎,又,‎ ‎,,同理,‎ 如图所示,以D为原点,建立空间直角坐标系,则,‎ ‎,,,,‎ 设是平面的法向量,则,又,‎ 所以,令,得,,‎ 由(Ⅰ)知平面的一个法向量,‎ 设二面角的平面角为,可知为锐角,‎ ‎,即所求.‎ ‎26.【解析】(Ⅰ)如图,因为四边形为矩形,所以.同理.因为∥,所以.而,因此底面.由题设知,∥.故底面.‎ ‎(Ⅱ)解法一 如图,过作于H,‎ 连接,由(Ⅰ)知,底面,所以底面,‎ 于是.又因为四棱柱ABCD-的所有棱长 都相等,所以四边形是菱形,因此,‎ 从而,所以,‎ 于是,进而.‎ 故是二面角的平面角.‎ 不妨设AB=2.因为,所以,.‎ 在中,易知.而,‎ 于是.‎ 故.‎ 即二面角的余弦值为.‎ 解法2 因为四棱柱-的所有棱长都相等,所以四边形是菱形,因此.又底面,从而OB,OC, 两两垂直.‎ 如图,以O为坐标原点,OB,OC, 所在直线分别为轴,轴,轴,建立空间直角坐标系.不妨设AB=2.因为,所以,于是相关各点的坐标为:O(0,0,0),,.‎ 易知,是平面的一个法向量.‎ 设是平面的一个法向量,则即 取,则,所以.‎ 设二面角的大小为,易知是锐角,于是.‎ 故二面角的余弦值为.‎ ‎27.【解析】:(Ⅰ)由该四面体的三视图可知:‎ ‎,‎ 由题设,∥面 面面 面面 ‎∥,∥, ∥.‎ 同理∥,∥, ∥.‎ 四边形是平行四边形 又 平面 ‎ ‎ ‎∥,∥‎ 四边形是矩形 ‎(Ⅱ)如图,以为坐标原点建立空间直角坐标系,‎ 则,,,‎ ‎,,‎ 设平面的一个法向量 ‎∥,∥‎ 即得,取 ‎28.【解析】(Ⅰ)取AB中点E,‎ 连结CE,,,‎ ‎∵AB=,=,∴是正三角形,‎ ‎∴⊥AB, ∵CA=CB, ∴CE⊥AB, ‎ ‎ ∵=E,∴AB⊥面, ‎ ‎∴AB⊥;‎ ‎(Ⅱ)由(Ⅰ)知EC⊥AB,⊥AB,‎ 又∵面ABC⊥面,面ABC∩面=AB,∴EC⊥面,∴EC⊥,‎ ‎∴EA,EC,两两相互垂直,以E为坐标原点,的方向为轴正方向,||为单位长度,建立如图所示空间直角坐标系,‎ 有题设知A(1,0,0),(0,,0),C(0,0,),B(-1,0,0),则=(1,0,),‎ ‎==(-1,0,),=(0,-,), ‎ 设=是平面的法向量,‎ 则,即,可取=(,1,-1),‎ ‎∴=,‎ ‎∴直线A1C 与平面BB1C1C所成角的正弦值为.‎ ‎29.【解析】(Ⅰ)连结,交于点O,连结DO,则O为的中点,‎ 因为D为AB的中点,所以OD∥,又因为OD平面,‎ 平面,所以 //平面;‎ ‎(Ⅱ)由=AC=CB=AB可设:AB=,则=AC=CB=,‎ 所以AC⊥BC,又因为直棱柱,所以以点C为坐标原点,分别以直线CA、CB、‎ 为x轴、y轴、z轴,建立空间直角坐标系如图,‎ 则、、、,‎ ‎,,,‎ ‎,设平面的法向量为,‎ 则且,可解得,令,得平面的 一个法向量为,同理可得平面的一个法向量为,‎ 则,所以,‎ 所以二面角D--E的正弦值为.‎ ‎30.【解析】(Ⅰ)在图1中,易得 连结,在中,由余弦定理可得 由翻折不变性可知,‎ 所以,所以,‎ 理可证, 又,所以平面.‎ ‎(Ⅱ)传统法:过作交的延长线于,连结,‎ 因为平面,所以,‎ 所以为二面角的平面角.‎ 结合图1可知,为中点,故,从而 所以,所以二面角的平面角的余弦值为.‎ 向量法:以点为原点,建立空间直角坐标系如图所示,‎ 则,,‎ 所以,‎ 设为平面的法向量,则 ‎,即,解得,令,得 由(Ⅰ) 知,为平面的一个法向量,‎ 所以,‎ 即二面角的平面角的余弦值为.‎ ‎31.【解析】:(Ⅰ)解法一 由题意易知 两两垂直,以O为原点建立直角坐标系,如图:‎ ‎,‎ 解法二:‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎(Ⅱ)‎ 取 由(Ⅰ)知,‎ ‎32.【解析】(Ⅰ)直线平面,证明如下:‎ 连接,因为,分别是,的中点,所以. ‎ 又平面,且平面,所以平面.‎ 而平面,且平面平面,所以.‎ 因为平面,平面,所以直线平面.‎ ‎(Ⅱ)(综合法)如图1,连接,由(Ⅰ)可知交线即为直线,且.‎ ‎ 因为是的直径,所以,于是.‎ 已知平面,而平面,所以.‎ 而,所以平面.‎ 连接,,因为平面,所以.‎ 故就是二面角的平面角,即. ‎ 由,作,且. ‎ 连接,,因为是的中点,,所以,‎ 从而四边形是平行四边形,.‎ 连接,因为平面,所以是在平面内的射影,‎ 故就是直线与平面所成的角,即. ‎ 又平面,有,知为锐角,‎ 故为异面直线与所成的角,即, ‎ 于是在△,△,△中,分别可得 ‎,,,‎ 从而,即. ‎ ‎(Ⅱ)(向量法)如图2,由,作,且.‎ 连接,,,,,由(Ⅰ)可知交线即为直线.‎ 以点为原点,向量所在直线分别为轴,建立如图所示的空间直角坐标系,‎ 设,则有 ‎,‎ ‎. ‎ 于是,,,‎ 所以,从而. ‎ 又取平面的一个法向量为,可得,‎ 设平面的一个法向量为, ‎ 所以由 可得 取.‎ 于是,从而.‎ 故,‎ 即.‎ ‎33.【解析】解法一 如图,以点A为原点建立空间直角坐标系,‎ 依题意得A(0,0,0),B(0,0,2),C(1,0,1),B1(0,2,2),C1(1,2,1),E(0,1,0)‎ ‎(Ⅰ)易得=(1,0,-1),=(-1,1,-1),于是,所以.‎ ‎(Ⅱ) =(1,-2,-1).设平面的法向量,则,即消去,得y+2z =0,不妨令z=1,可得一个法向量为=(-3,-2,1).由(Ⅰ)知,,又,可得平面,故=(1,0,-1)为平面的一个法向量.‎ 于是 从而 所以二面角B1-CE-C1的正弦值为.‎ ‎(Ⅲ)=(0,1,0),=(1,l,1),设,,‎ 有.可取=(0,0,2)为平面的一 个法向量,设为直线AM与平面所成的角,‎ 则 于是,解得,所以 ‎34.【解析】(Ⅰ)在中,,得:‎ 同理:‎ 得:面 ‎(Ⅱ)面 取的中点,过点作于点,连接 ‎,面面面 ‎ 得:点与点重合 且是二面角的平面角 设,则,‎ 既二面角的大小为 ‎35.【解析】(Ⅰ)以为原点的方向分别 为轴,轴,轴的正方向建立空间直角坐标系(如图).[来源:学科网ZXXK]‎ 设,则,,,,‎ 故,,,‎ ‎. ‎ ‎∵, ∴‎ ‎(Ⅱ)假设在棱AA1上存在一点, 使得DP平面.此时. ‎ 又设平面的法向量=(x,y,z). ‎ ‎∵平面,∴,,得 取,得平面的一个法向量. ‎ 要使DP平面,只要,有,解得. ‎ 又DP平面,∴存在点P,满足DP平面,此时AP=. ‎ ‎(Ⅲ)连接A1D,B1C,由长方体ABCD-A1B1C1D1及AA1=AD=1,得AD1A1D. ‎ ‎∵B1CA1D,∴AD1B1C. ‎ 又由(Ⅰ)知B1EAD1,且B1C∩B1E=B1, ‎ ‎∴AD1平面DCB1A1.∴是平面A1B1E的一个法向量,此时=(0,1,1). ‎ 设与n所成的角为θ, ‎ 则. ‎ ‎∵二面角A-B1E-A1的大小为30°,‎ ‎∴,即 解得,即AB的长为2. ‎ ‎36.【解析】(Ⅰ)因为,分别为,的中点,所以是的中位线,‎ 所以,又因为平面,所以平面 ‎(Ⅱ)方法一:连接交于,以为原点,所在直线为轴,建立空间直角坐标系,如图所示.‎ 在菱形中,,得 ‎,‎ 又因为平面,所以,‎ 在直角中,,得,‎ 由此知个点坐标如下,‎ ‎.‎ 设为平面的法向量,由知,取,得.‎ 设为平面的法向量,由知 ‎,取,得 于是,‎ 所以二面角的平面角的余弦值为 方法二:在菱形中,,得 又因为平面,‎ 所以 所以 所以 而,分别为,的中点,‎ 所以,且 取线段中点,连接,则 所以是二面角的平面角 由,故 在中,,得 在直角中,,得 在中,,得 在等腰中,,得 所以二面角的平面角的余弦值为 ‎37.【解析】(Ⅰ)因为, 由余弦定理得 ‎ 从而,故BDAD 又PD底面ABCD,可得BDPD 所以BD平面PAD. 故 PABD ‎(Ⅱ)如图,以D为坐标原点,AD的长为单位长,射线DA为轴的正半轴建立空间直角坐标系D-,则 ‎,,,.‎ 设平面的法向量为,则,‎ ‎ 即 ‎ 因此可取=‎ 设平面的法向量为,则 ‎ 可取=(0,-1,)‎ 故二面角A-PB-C的余弦值为.‎ ‎38.【解析】(Ⅰ)(综合法)证明:设G是线段DA与EB延长线的交点. 由于与都是正三角形,所以,OG=OD=2,‎ ‎ 同理,设是线段DA与线段FC延长线的交点,有 ‎ 又由于G和都在线段DA的延长线上,所以G与重合.‎ ‎ 在和中,由和OC,可知B和C分别是GE和GF的中点,所以BC是的中位线,故BCEF.‎ ‎ (向量法)过点F作,交AD于点Q,连QE,由平面ABED平面ADFC,知FQ平面ABED,以Q为坐标原点,为轴正向,为y轴正向,为z轴正向,建立如图所示空间直角坐标系.‎ 由条件知 则有 所以即得BCEF.‎ ‎(Ⅱ)由OB=1,OE=2,,而是边长为2的正三角形,故所以 ‎ 过点F作FQAD,交AD于点Q,由平面ABED平面ACFD知,FQ就是四棱锥F—OBED的高,且FQ=,所以 ‎39.【证明】(Ⅰ)在△PAD中,因为E、F分别为AP,AD的中点,所以EF//PD.‎ 又因为EF平面PCD,PD平面PCD,所以直线EF//平面PCD.‎ ‎(Ⅱ)连结DB,因为AB=AD,∠BAD=60°,所以为正三角形,因为F是AD的中点,所以BFAD.因为平面PAD平面ABCD,BF平面ABCD,平面PAD平面ABCD=AD,所以BF平面PAD.又因为BF平面BEF,所以平面BEF平面PAD.‎ ‎40.【证明】:(Ⅰ)连结,因为是半径为的半圆,为直径,点为的中点,所以.‎ 在中,.‎ 在中,,为等腰三角形,‎ 且点是底边的中点,故.‎ 在中,,‎ 所以为,且.‎ 因为,,且,所以平面,‎ 而平面,.‎ 因为,,且,所以平面,‎ 而平面,.‎ ‎(Ⅱ)设平面与平面RQD的交线为.‎ 由,,知.‎ 而平面,∴平面,‎ 而平面平面= ,‎ ‎∴.‎ 由(Ⅰ)知,平面,∴平面,‎ 而平面,∴,,‎ ‎∴是平面与平面所成二面角的平面角.‎ 在中,,‎ ‎,.‎ 在中,由知,,‎ 由余弦定理得,‎ 由正弦定理得,,即,‎ ‎.‎ 故平面与平面所成二面角的正弦值为.‎ ‎41.【解析】:以为原点, 分别为轴,线段的长为单位长, 建立空间直角坐标系如图, 则 ‎(Ⅰ)设,则 可得 因为,所以 ‎(Ⅱ)由已知条件可得 ‎ ‎ ‎ 设 为平面的法向量则 即 因此可以取,由,可得,‎ 所以直线与平面所成角的正弦值为.‎ ‎42.【解析】方法一:如图所示,建立空间直角坐标系,‎ 点A为坐标原点,设,依题意得,,,‎ ‎(Ⅰ)易得,‎ 于是 所以异面直线与所成角的余弦值为 ‎(Ⅱ)已知,,‎ 于是·=0,·=0.因此,,,又 所以平面.‎ ‎(Ⅲ)设平面的法向量,则,‎ 即不妨令=1,可得.由(Ⅱ)可知,‎ 为平面的一个法向量.于是,‎ 从而 所以二面角的正弦值为.‎ 方法二:(Ⅰ)设AB=1,可得AD=2,AA1=4,CF=1.CE=‎ 连接B1C,BC1,设B1C与BC1交于点M,易知A1D∥B1C,由,‎ 可知EF∥BC1,故是异面直线EF与A1D所成的角,‎ 易知BM=CM=,所以 ,‎ 所以异面直线FE与A1D所成角的余弦值为 ‎(Ⅱ)连接AC,设AC与DE交点N 因为,所以,从而,又由于,所以,故AC⊥DE,又因为CC1⊥DE且,所以DE⊥平面ACF,从而AF⊥DE.连接BF,同理可证B1C⊥平面ABF,从而AF⊥B1C,所以AF⊥A1D因为,所以AF⊥平面A1ED.‎ ‎(Ⅲ)连接A1N,FN,由(Ⅱ)可知DE⊥平面ACF,又NF平面ACF, A1N平面ACF,所以DE⊥NF,,DE⊥A1N,故为二面角A1-ED-F的平面角 易知,所以,又所以,‎ 在 连接A1C1,A1F 在 ‎.‎ 所以,所以二面角A1-DE-F正弦值为.‎