- 空间几何体的结构
- 共7713题
四面体ABCD中,共顶点A的三条棱两两互相垂直,且其长分别为1,,3.若四面体的四个顶点同在一个球面上,则这个球的半径为______,其体积为______.
正确答案
∵四面体ABCD中,共顶点A的三条棱两两相互垂直,
故可将其补充为一个长宽高分别为1、、3的长方体,
则其外接球的直径2R==4
则R=2
故球的体积V=πR3=
故答案为:2; .
如图,在正三棱柱ABC-A1B1C1中,D、E、G分别是AB、BB1、AC1的中点,AB=BB1=2.
(Ⅰ)在棱B1C1上是否存在点F使GF∥DE?如果存在,试确定它的位置;如果不存在,请说明理由;
(Ⅱ)求截面DEG与底面ABC所成锐二面角的正切值.
正确答案
(Ⅰ)存在且为B1C1的中点,连接AB1,
∵D、E、G分别是AB1、BB1、AC1的中点,∴DE∥AB1∥GF;
(Ⅱ)延长FE与CB的延长线交于M,连接DM,则DM为截面与底面所成二面角的棱,取BC的中点N,连FN,则FN∥BB1.
∵EB∥FN,EB=FN,∴B为MN的中点.
由题设得BM=BN=BE=BD=1,且∠DEM=120°,
作EH⊥DM于H,则∠BDM=∠BMD=30°,连BH,
又BE⊥底面ABC,
由三垂线定理可知DM⊥EH,
∴∠EHB为截面与底面所成的锐二面角.
在Rt△EHB中,BE=1,EH=BD=
,
∴tan∠EHB==2.
用半径为的半圆形纸片卷成一个圆锥筒,则这个圆锥筒的高为
.
正确答案
试题分析:圆锥筒的底面半径,故
.
如图,在长方体中,
,
,
,
是线段
的中点.
(Ⅰ)求证:平面
;
(Ⅱ)求平面把长方体
分成的两部分的体积比.
正确答案
(Ⅰ)详见解析;(Ⅱ)或
.
试题分析:1. 第(Ⅰ)问有一点难度,需要作辅助线,这几乎是用几何法证明线面平行、线面垂直的必经之路了,对此考生要有意识.2.第(Ⅱ)问的解决比较简单,并且不依赖于第(Ⅰ)问,有的考生第(Ⅰ)问没有做出来,但第(Ⅱ)问做出来了,这是一种好的现象,说明考生能够把会做的做对了.
试题解析:(Ⅰ)证明:设的中点为
,连接
,
.
根据题意得,
,且
.
∴四边形是平行四边形.
∴.
∵平面
,
平面
,
∴平面
.
(Ⅱ)解:∵,
,
∴空间几何体的体积
.
∴或
,即平面
把长方体
分成的两部分的体积比为
或
.
如图,在四棱锥中,
平面
,
平面
,
,
.
(Ⅰ)求证:平面平面
;
(Ⅱ)求二面角的大小.
正确答案
(Ⅰ)详见解析;(Ⅱ)
试题分析:(Ⅰ)根据两个平面垂直的条件,在平面内找到一条垂直于平面
的直线即可,取
的中点
,可证明
平面
;(Ⅱ) 二面角
与二面角
相等,二面角
的平面角为
,求出
即可.(解法2采用的是向量的方法,求出平面
、
的法向量,即可证明平面
平面
;求出平面
、
的法向量,即可求出二面角
.)
(Ⅰ)证明:取的中点
,
的中点
,连
,
,
,则
平面
,
平面
,∴
,
是平行四边形,
.
,
,又
平面
.
平面
.
平面
.
从而平面平面
. 6分
(Ⅱ)二面角与二面角
相等,
由(Ⅰ)知二面角的平面角为
.
,
,
得
,
,
为正方形,
,
∴二面角的大小为
. 12分
解法2:取的中点
,连
.
,
,又
平面
.
以为原点建立如图空间直角坐标系
,
则由已知条件有: ,
,
设平面的法向量为
,
则由
及
可取
又平面
,
,
平面
,
∴平面的法向量可取为
.
, ∴
,∴平面
平面
. 6分
(Ⅱ)设平面的法向量为
,
则由
及
可取
∵平面的法向量可取为
,
∴锐二面角的余弦值为
,
∴二面角的大小为
. 12分.
有在正方形ABCD中,E、F分别为AB、BC的中点,现在沿DE、DF及EF把△ADE、△CDF和△BEF折起,使A、B、C三点重合,重合后的点记为P.问:
①依据题意制作这个几何体;
②这个几何体有几个面构成,每个面的三角形为什么三角形;
③若正方形边长为a,则每个面的三角形面积为多少.
正确答案
①略.
②这个几何体由四个面构成,即面DEF、面DFP、面DEP、面EFP.
由平几知识可知DE=DF,∠DPE=∠EPF=∠DPF=90°,
所以△DEF为等腰三角形,△DFP、△EFP、△DEP为直角三角形.
③由②可知,DE=DF=a,EF=
a,所以,S△DEF=
a2.DP=2a,EP=FP=a,
所以S△DPE=S△DPF=a2,S△EPF=a2.
如图,四棱锥的底面
是正方形,棱
底面
,
=1,
是
的中点.
(1)证明平面平面
;
(2)求二面角的余弦值.
正确答案
(1)详见解析.(2)
试题分析:(1) 由,
推出
底面
,进而推出
,结合
可得
底面
,得平面
平面
;(2)取CD的中点F,连接AC与BD,交点为M,取DM的中点N,连接EN,FN,易知
为二面角
的平面角,在
中,求出该余弦值.
试题解析:证明:(1) ∵,
是
的中点, ∴
.
∵底面
,∴
.又由于
,
,故
底面
,
所以有.又由题意得
,故
.
于是,由,
,
可得
底面
.
故可得平面平面
(2)取CD的中点F,连接AC与BD,交点为M,取DM的中点N,连接EN,FN,易知为二面角
的平面角,又
,
,由勾股定理得
,在
中,
所以二面角的余弦值为
(用空间向量做,答案正确也给6分)
如图1,在直角梯形中,AD//BC,
=900,BA="BC" 把ΔBAC沿
折起到
的位置,使得点
在平面ADC上的正投影O恰好落在线段
上,如图2所示,点
分别为线段PC,CD的中点.
(I) 求证:平面OEF//平面APD;
(II)求直线CD与平面POF;
(III)在棱PC上是否存在一点,使得
到点P,O,C,F四点的距离相等?请说明理由.
正确答案
(I) (II)详见解析; (III)存在点M满足条件.
试题分析:(I) 要证平面OEF//平面APD ,只需借助所给中点,证明、
即可; (II) 借助底面为直角梯形及
可得
,另由已知可得:
平面
,进而可得
,从而可证
平面
;(III)记点
为
,证明即可.
试题解析:(I)因为点在平面
上的正投影
恰好落在线段
上
所以平面
,所以
2分
因为,
所以是
中点, 3分
所以 4分
同理
又
所以平面平面
; 6分
(II)因为,
所以 7分
又平面
,
平面
所以 8分
又
所以平面
; 10分
(III)存在,事实上记点为
即可 11分
因为平面
,
平面
所以
又为
中点,所以
12分
同理,在直角三角形中,
, 13分
所以点到四个点
的距离相等. 14分
如图,四边形ABCD中,AB⊥AD,AD∥BC,AD=6,BC=4,AB=2,E、F分别在BC、AD上,EF∥AB.现将四边形ABEF沿EF折起,使得平面ABEF平面EFDC.
(Ⅰ) 当,是否在折叠后的AD上存在一点
,且
,使得CP∥平面ABEF?若存在,求出
的值;若不存在,说明理由;
(Ⅱ) 设BE=x,问当x为何值时,三棱锥ACDF的体积有最大值?并求出这个最大值.
正确答案
(Ⅰ) (Ⅱ) x=3时
有最大值,最大值为3
试题分析:(Ⅰ)存在使得满足条件CP∥平面ABEF,且此时
. 2分
下面证明:
当时,即此时
,可知
,过点
作MP∥FD,与AF交于点
,则有
,又FD=
,故MP=3,又因为EC=3,MP∥FD∥EC,故有MP
EC,故四边形MPCE为平行四边形,所以PC∥ME,又CP
平面ABEF,ME
平面ABEF,故有CP∥平面ABEF成立. 6分
(Ⅱ)因为平面ABEF平面EFDC,平面ABEF
平面EFDC=EF,又AF
EF,所以AF⊥平面EFDC.由已知BE=x,,所以AF=x(0
x
4),FD=6
x.故
.所以,当x=3时,
有最大值,最大值为3. 12分
点评:本题第一问求解时可采用空间向量法,以F为原点建立坐标系,写出点P的坐标(用表示)通过直线的方向向量与平面的法向量垂直得到
值即可求出点P的位置
已知如图:平行四边形ABCD中,,正方形ADEF所在平面与平面ABCD垂直,G,H分别是DF,BE的中点.
(1)求证:GH∥平面CDE;
(2)若,求四棱锥F-ABCD的体积.
正确答案
(1)由四边形EFBC是平行四边形 ,H为FC的中点 ,得,,推出GH∥平面CDE ;
(2)=
。
试题分析:(1)证明:∵,
∴
且
∴四边形EFBC是平行四边形 ∴H为FC的中点 2分
又∵G是FD的中点
∴ 4分
∵平面CDE,
平面CDE
∴GH∥平面CDE 7分
(2)解:∵平面ADEF⊥平面ABCD,交线为AD
且FA⊥AD, ∴FA⊥平面ABCD. 9分
∵,∴
又∵
,
∴BD⊥CD 11分
∴=
∴=
14分
点评:中档题,立体几何题,是高考必考内容,往往涉及垂直关系、平行关系、角、距离、体积的计算。在计算问题中,有“几何法”和“向量法”。利用几何法,要遵循“一作、二证、三计算”的步骤。利用向量则能简化证明过程,对计算能力要求高。本题(2)小题,计算体积时,利用了局部与整体的关系,焦点较为方便。
扫码查看完整答案与解析