- 空间几何体的结构
- 共7713题
已知函数,曲线
在
处的切线过点
.
(Ⅰ)求函数的解析式;
(Ⅱ)当时,求
的取值范围.
正确答案
(Ⅰ)f(x)=lnx+; (Ⅱ)f(x)的取值范围是[1,ln5+
].
试题分析:(Ⅰ)利用导数的几何含义确定曲线的切线方程的斜率,然后借助切线过点建立等量关系;(Ⅱ)根据函数的定义域,借助求导分析函数的单调性,进而确定函数的最大值和最小值.
试题解析:(Ⅰ)f¢(x)=-
=
.
则f¢(2)=,f(2)=ln2+
.
则曲线y=f(x)在(2,f(2))处的切线为y= (x-2)+ln2+
,
即y=x+m-1+ln2. 3分
依题意,m-1+ln2=ln2,所以m=1.
故f(x)=lnx+. 5分
(Ⅱ)由(Ⅰ)知,f(x)=lnx+,f¢(x)=
.
当x∈[,1]时,f¢(x)≤0,f(x)单调递减,此时,f(x)∈[1,2-ln2];
当x∈[1,5]时,f¢(x)≥0,f(x)单调递增,此时,f(x)∈[1,ln5+]. 10分
因为(ln5+)-(2-ln2)=ln10-
>lne2-
=
,
所以ln5+>2-ln2.
因此,f(x)的取值范围是[1,ln5+]. 12分
在如图的多面体中,⊥平面
,
,
,
,
,
,
,
是
的中点.
(Ⅰ)求证:平面
;
(Ⅱ)求证:;
正确答案
(Ⅰ)∵∴
∵
,
是
的中点∴
∴
∴平面
(Ⅱ)∵
平面
∴
又
,∴
平面
过作
交
于
,则
平面
∴
∵
,∴四边形
平行四边形,∴
,∴
,∴
⊥平面
.∴
试题分析:(Ⅰ)证明:∵,
∴.
又∵,
是
的中点,
∴,
∴四边形是平行四边形,
∴ .
∵平面
,
平面
,
∴平面
. 5分
(Ⅱ)证明:∵平面
,
平面
,
∴,
又,
平面
,
∴平面
.
过作
交
于
,则
平面
.
∵平面
, ∴
.
∵,∴四边形
平行四边形,
∴,
∴,又
,
∴四边形为正方形,
∴,
又平面
,
平面
,
∴⊥平面
.
∵平面
,
∴. 12分
点评:本题由已知条件可得两两垂直,依次可建立空间坐标系,利用空间向量求解证明
如图,平面ABDE⊥平面ABC,ACBC,AC=BC=4,四边形ABDE是直角梯形,BD
AE,BD
BA,AE=2BD=4,O、M分别为CE、AB的中点.
(Ⅰ)证明:OD//平面ABC;
(Ⅱ)能否在EM上找一点N,使得ON⊥平面ABDE?若能,请指出点N的位置,并加以证明;若不能,请说明理由.
正确答案
见解析
第一问:取AC中点F,连结OF、FB.∵F是AC的中点,O为CE的中点,
∴OF∥EA且OF=且BD=
∴OF∥DB,OF=DB,
∴四边形BDOF是平行四边形。
∴OD∥FB
第二问中,当N是EM中点时,ON⊥平面ABDE。 ………7分
证明:取EM中点N,连结ON、CM, AC=BC,M为AB中点,∴CM⊥AB,
又∵面ABDE⊥面ABC,面ABDE面ABC=AB,CM
面ABC,
∴CM⊥面ABDE,∵N是EM中点,O为CE中点,∴ON∥CM,
∴ON⊥平面ABDE。
在四棱锥中,底面
是正方形,侧面
是正三角形,平面
底面
.
(I) 证明:平面
;
(II)求二面角的余弦值.
正确答案
(I)见解析;(II).
试题分析:(I)因为平面VAD⊥平面ABCD,平面VAD∩平面ABCD=AD,又AB在平面ABCD内,AD⊥AB,
所以AB⊥平面VAD;(II)法一:先做出所求二面角的平面角,再由余弦定理求平面角的余弦值,既得所求;法二:设AD的中点为O,连结VO,则VO⊥底面ABCD,又设正方形边长为1,建立空间直角坐标系,写出各个点的空间坐标,分别求平面VAD的法向量和平面VDB的法向量,可得结论.
试题解析:(Ⅰ)因为平面VAD⊥平面ABCD,平面VAD∩平面ABCD=AD,又AB在平面ABCD内,AD⊥AB,
所以AB⊥平面VAD. 3分
(Ⅱ)由(Ⅰ)知AD⊥AB,AB⊥AV.依题意设AB=AD=AV=1,所以BV=BD=. 6分
设VD的中点为E,连结AE、BE,则AE⊥VD,BE⊥VD,
所以∠AEB是面VDA与面VDB所成二面角的平面角. 9分
又AE=,BE=
,所以cos∠AEB=
=
.
12分
(方法二)
(Ⅰ)同方法一. 3分
(Ⅱ)设AD的中点为O,连结VO,则VO⊥底面ABCD.
又设正方形边长为1,建立空间直角坐标系如图所示. 4分
则,A(,0,0), B(
,1,0),
D( ,0,0), V(0,0,
);
7分
由(Ⅰ)知是平面VAD的法向量.设
是平面VDB的法向量,则
10分
∴,
(本题满分12分)在四棱锥P—ABCD中,底面ABCD是a的正方形,PA⊥平面ABCD,且PA=2AB
(Ⅰ)求证:平面PAC⊥平面PBD;
(Ⅱ)求二面角B—PC—D的余弦值.
正确答案
解:(Ⅰ)证明:∵PA⊥平面ABCD ∴PA⊥BD
∵ABCD为正方形 ∴AC⊥BD
∴BD⊥平面PAC又BD在平面BPD内,
∴平面PAC⊥平面BPD .。。。。。。。。。。。。。。。。 6分
(Ⅱ)解法一:在平面BCP内作BN⊥PC垂足为N,连DN,
∵Rt△PBC≌Rt△PDC,由BN⊥PC得DN⊥PC;
∴∠BND为二面角B—PC—D的平面角,
在△BND中,BN=DN=,BD=
∴cos∠BND =。。。。。。。。。。。。。。。 12分
解法二:以A为原点,AB、AD、AP所在直线分别为x轴、y轴、z轴建立空间坐标系如图,
在平面BCP内作BN⊥PC垂足为N连DN,
∵Rt△PBC≌Rt△PDC,由BN⊥PC得DN⊥PC;
∴∠BND为二面角B—PC—D的平面角
设
10分
12分
解法三:以A为原点,AB、AD、AP所在直线分别为x轴、y轴、z轴建立如图空间坐标系,作AM⊥PB于M、AN⊥PD于N,易证AM⊥平面PBC,AN⊥平面PDC,
设
∵二面角B—PC—D的平面角与∠MAN互补
∴二面角B—PC—D的余弦值为 …………………………. 12分
略
(本小题12分)如图,在四棱锥P—ABCD中, CD∥AB, AD⊥AB, BC⊥PC ,
(1)求证:PA⊥BC
(2)试在线段PB上找一点M,使CM∥平面PAD, 并说明理由.
正确答案
(1).连接AC,过C作CE⊥AB,垂足为E,
AD=DC,所以四边形ADCE是正方形。
所以∠ACD=∠ACE=因为AE=CD=
AB,所以BE=AE=CE
所以∠BCE==
所以∠ACB=∠ACE+∠BCE=
所以AC⊥BC, …………………………………………………………… 3分
又因为BC⊥PC,AC∩PC="C,AC " 平面PAC,PC 平面 PAC
所以BC⊥平面 PAC,而 平面 PAC,所以PA⊥BC. ………………… 6分
(2).当M为PB中点时,CM∥平面PAD, …………………………………… 8分
证明:取AP中点为F,连接CM,FM,DF.
则FM∥AB,FM=AB,因为CD∥AB,CD=
AB,所以FM∥CD,FM="CD. " ………9分
所以四边形CDFM为平行四边形,所以CM∥DF, ……………………… 10分
因为DF平面PAD ,CM
平面PAD,所以,CM∥平面PAD. ……………… 12分
略
(本小题满分12分)如图,PA垂直于矩形 ABCD所在的平面,M、N分别是AB、PC的中点
⑴求证:MN∥平面PAD;
⑵若,
求证:MN⊥平面PCD.
正确答案
解:⑴证明:取PD中点E,连结AE,EN,则有
故AMNE是平行四边形
∴MN∥AE
又平面
平面
所以MN∥平面PAD ----------------------6分
⑵∵PA⊥平面ABCD,AD平面ABCD,
∴PA⊥AD,又
∴为等腰直角三角
形
又E是PD中点
∴AE⊥PD,又AE∥MN
∴MN⊥PD
又ABCD为矩形
∴AB⊥AD
又AB⊥PA,AD∩PA=A
∴AB⊥平面PAD
∵AE平面PAD-
AB⊥AE 又AB∥CD,AE∥MN
∴MN⊥CD
又∵PD∩CD=D
∴MN⊥平面PCD…………………………………12分
略
如图,四棱锥P-ABCD的底面为矩形,侧棱PD垂直于底面,PD=DC=2BC,E为棱PC上的点,且平面BDE⊥平面PBC.
(1)求证:E为PC的中点;
(2)求二面角A-BD-E的大小.
正确答案
解法一:(1)证明:如图,作CF⊥BE,垂足为F,
由平面BDE⊥平面PBC,
则CF⊥平面BDE,知CF⊥DE.
因为PD⊥平面ABCD,BC⊥CD,
CD为DE在平面ABCD内的射影,
所以BC⊥DE,所以DE⊥平面PBC.
于是DE⊥PC,又PD=PC,所以E为PC的中点.………………6分
(2)作EG⊥DC,垂足为G,则EG∥PD,从而EG⊥平面ABCD.
作GH⊥BD,垂足为H,连接EH,则BD⊥EH,
故∠EHG为二面角A-BD-E的平面角的补角.…………………9分
不妨设BC=1,则PD=DC=2,
在Rt△EGH中,EG=PD=1,
GH==
,
∴tan∠EHC==
.
因此二面角A-BD-E的大小为-arctan
.……………………12分
解法二:不妨设BC=1,则PD=DC=2.
建立如图所示的空间直角坐标系D-xyz,
则D(0,0,0),B(1,2,0),C(0,2,0),P(0,0,2).
(1)证明:设=
,则E(0,
,
).
设a= (x1,y1,z1)为面PBC的法向量,
则a⊥,a⊥
,
又=(1,0,0),
=(0,-2,2),
∴a=x1=0,a
=-2y1+2z1=0,
取a=(0,1,1).
设b=(x2,y2,z2)为面BDE的法向量,
则b⊥,b⊥
,
又=(1,2,0),
=(0,
,
),
∴b
=x2+2y2=0,b
=
+
=0,
取b=(,
,1).
∵平面BDE⊥平面PBC,
∴a·b=+1=0,
=1.
所以E为PC的中点.…………………………………………6分
(2)由(Ⅰ)知,b=(2,-1,1)为面BDE的法向量,
又c=(0,0,1)为面ADB的法向量,
∵cos==
,
所以二面角A-BD-E的大小为-arccos
.………………12分
略
在四棱锥中,
,
,且DB平分
,E为PC的中点,
,
PD=3,(1)证明
(2)证明
(3)求四棱锥的体积。
正确答案
解:(1) 证明:设,连结EH,在
中,因为AD=CD,且DB平分
,所以H为AC的中点,又由题设知E为PC的中点,故
,
又,
所以
(2)证明:因为,
,
所以
由(1)知,,
故
(3)四棱锥的体积为2
略
(本小题满分14分)
如图,四边形与
都是边长为
的正方形,点E是
的中点,
(1) 求证:平面BDE;
(2) 求证:平面⊥平面BDE
(3) 求平面BDE与平面ABCD所成锐二面角的正切值。
正确答案
解:依条件有,以A为坐标原点,分别以
为x轴,y轴,z轴建立空间直角坐标系,则有
……11分
……13分
略
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