- 空间几何体的结构
- 共7713题
(本小题满分12分)
如图,正方形ADEF所在平面和等腰梯形所在平面ABCD垂直,已知BC=2AD=4,
,
(I)求证:面ABF;
(II)求异面直线BE与AF所成的角;
(III)求该几何体的表面积。
正确答案
(1)略
(2)
(3)
⑴证明:因为面面
,
交线
,
面
,
所以面
. ……2分
故 ,
又 ,
.
所以面
, ……4分
⑵解:注意到,
所以与
所成的角即为异面直线
与
所成的角, ……6分
连接,由⑴知
.
在中,
,
异面直线与
所成的角为
. ……
8分
⑶解:由⑴知面
,所以
,又
,
所以△的面积
. ……9分
同理△的面积
,等腰梯形
的上底长为
,下底长为4,两腰长均为
,则它的高为
,所以其面积
.……10分
等腰梯形的上底长为
,下底长为4,两腰长均为
,
则它的高为,所以其面积
.…… 11分
故该几何体的表面积.…12分
(12)如图,四棱锥的底面
为正方形,
平面
,
,
,
分别为
,
和
的中点. (1)求证
平面
.(2)求异面直线
与
所成角的正切值.
正确答案
(1)略
(2)异面直线与
所成角的正切值是
.
(1)证.如图,取的中点
,连接
,
∵分别为
的中点,∴
.
∵分别为
的中点,∴
.
∴,∴
四点共面.……2分
∵分别为
的中点.∴
.…4分
∵平面
,
平面
,
∴平面
. ……………………6分
(2)解.由(1)知,故
与
所成角等于
或其补角. …………7分
又易得,
, …………………………8分
又平面
且
,故
, …………………………9分
再由知
,
…………………11分
故异面直线与
所成角的正切值是
. …………………………12分
(本小题满分14分)
如图,四棱锥P-ABCD是底面边长为1的正方形,PD⊥BC,PD=1,PC=.
(Ⅰ)求证:PD⊥面ABCD;
(Ⅱ)求二面角A-PB-D的大小.
正确答案
(Ⅰ)略
(Ⅱ)二面角A-PB-D的大小为60°
(Ⅰ)证明:,
.……2分
又,……4分
∴ PD⊥面ABCD………6分
(Ⅱ)解:连结BD,设BD交AC于点O,
过O作OE⊥PB于点E,连结AE,
∵PD⊥面ABCD, ∴,
又∵AO⊥BD, ∴AO⊥面PDB.
∴AO⊥PB,
∵,
∴,从而
,
故就是二面角A-PB-D的平面角.……………………10分
∵ PD⊥面ABCD, ∴PD⊥BD,
∴在Rt△PDB中, ,
又∵, ∴
,………………12分
∴
.
故二面角A-PB-D的大小为60°. …………………14分
(也可用向量解)
18.(本小题满分12分)
如图,在四棱锥V-ABCD中,底面ABCD是边长为2的菱形,∠BAD=60°,侧面VAD⊥底面ABCD,VA=VD,E为AD的中点.
(Ⅰ)求证:平面VBE⊥平面VBC;
(Ⅱ)当直线VB与平面ABCD所成的角为30°时,求面VBE与平面VCD所成锐二面角的大小.
正确答案
如图三棱柱中,侧棱
与底面成
角,
⊥底面
于
,
⊥侧面
于
,且
⊥
,
,
,
则顶点
到棱
的距离是__________.
正确答案
取B1C1的中点D,连接A1D,PD,先证A、P、D、Q四点共圆,根据余弦定理求出PQ,再根据正弦定理求出直径AD,最后证明AD为顶点A到棱B1C1的距离,即可得到结论.
解:取B1C1的中点D,连接A1D,PD
∵侧棱BB1与底面成60°,A1A∥BB1
∴∠AA1D=60°
而AQ⊥底面A1B1C1于Q,AP⊥侧面BCC1B1于P
∴∠PDQ=120°,∠PAQ=60°
∴A、P、D、Q四点共圆
则AD为圆的直径
根据余弦定理可知PQ=再根据正弦定理可知2R=
∵B1C1⊥面AQD,AD?面AQD
∴B1C1⊥AD
则AD为顶点A到棱B1C1的距离
∴顶点A到棱B1C1的距离为
故答案为:
已知三棱锥的四个顶点均在半径为3的球面上,且PA、PB、PC两两互相垂直,则三棱锥
的侧面积的最大值为 .
正确答案
18
依题意知,PA,PB,PC两两垂直,以PA,PB,PC为棱构造长方体,则该长方体的对角线即为球的直径,所以
((本小题满分12分)在直三棱柱ABC—A1B1C1中,CA=CB=CC1=2,,E、F分别是BA、BC的中点,G是AA1上一点,且
(Ⅰ)确定点G的位置;
(Ⅱ)求三棱锥C1—EFG的体积.
正确答案
(1)的中点。
(2)
(Ⅰ)取AC的中点D,连结DE、DG,则ED∥BC
又
又EG,ED
连结∥DG
是AC的中点,
的中点。…………6分
(Ⅱ)∥EF,
平面EFG
∥平面EFG
,G是
的中点
………………6分
(本小题12分)
如图,正方体ABCD—A1B1C1D1中,M、N分别为AB、BC的中点.
(Ⅰ)求证:平面B1MN⊥平面BB1D1D;
(II)当点P为棱DD1中点时,求直线MB1与平面A1C1P所成角的正弦值;
正确答案
(1)略
(2)
(法一)(I)正方体ABCD—A1B1C1D1中,平面ABCD,
平面ABCD,
,连结AC,
M、N分别为AB、BC
的中点, MN//AC,又四边形ABCD是正方形,
,
平面BB1D1D,
又平面B1MN,
平面B1MN
平面BB1D1D (6分)
(II)设正方体棱长为2,取CD中点H,连C1H、MH,由于MH∥C1B1,MH=C1B1,所以四边形C1HM B1为平行四边形, M B1∥C1H,所以直线C1H与平面A1C1P所成角θ即为直线MB1与平面A1C1P所成角。设H到平面的距离为h,∵P为DD1中点,所以A1P=C1P=,
,
,由
得,h=
,所以sinθ=
; ( 12分)
(法二)
以D为原点,DA、DC、DD1所在直线分别为x轴、y轴、z轴建立空间直角坐标系,如图所示,则D(0,0,0),A(2,0,0),B(2,2,0),C(0,2,0),D1(0,0,2),A1(2,0,2),B1(2,2,2),C1(0,2,2),P(0,0,x),M(2,1,0),N(1,2,0)
(I)
,
,
,∴
,
,
,
,
,
平面BB1D1D,又
平面B1MN,
平面B1MN
平面BB1D1D (6分)
(II)设为平面平面A1C1P的一个法向量,
P为DD1中点,P(0,0,1),
,
,则
,也就是
,
,令
,
又
,设MB1与平面A1C1P所成角为θ,
则, ( 12分
如图所示,四个正方体图形中,为正方形的两个顶点,
分别为其所在棱的中点,能得出
面
的图形的序号是 .(写出所有符合要求的图形序号)
正确答案
①③
略
(本小题满分12分)
如图,在直三棱柱中,平面
侧面。
(Ⅰ)求证:;
(Ⅱ)若直线AC与平面A1BC所成的角为θ,二面角A1-BC-A的大小为φ,试判断θ与φ的大小关系,并予以证明。
正确答案
(Ⅰ)证明见解析。
(Ⅱ),证明见解析。
(Ⅰ)证明:如右图,过点A在平面A1ABB1内作AD⊥A1B于D,则
由平面A1BC⊥侧面A1ABB1,且平面A1BC侧面A1ABB1=A1B,得
AD⊥平面A1BC,又BC平面A1BC,所以AD⊥BC。
因为三棱柱ABC—A1B1C1是直三棱柱,则AA1⊥底面ABC,所以AA1⊥BC。
又AA1AD=A,从而BC⊥侧面A1ABB1,
又AB侧面A1ABB1,故AB⊥BC。
(Ⅱ)解法1:连接CD,则由(Ⅰ)知是直线AC与平面A1BC所成的角,
是二面角A1—BC—A的平面角,即
于是在中,
在
中,
,
由,得
,又
,所以
。
解法2:由(1)知,以点为坐标原点,以
、
、
所在的直线分
轴、
轴、
轴,建立如图所示的空间直角坐标系,
设,
则,
于是,
。
设平面的一个法向量为,则
由得
可取,于是
与
的夹角
为锐角,则
与
互为余角。
所以,
,
所以。
于是由,得
,
即,又
所以
。
第(1)问证明线线垂直,一般先证线面垂直,再由线面垂直得线线垂直;第(2)问若用传统方法一般来说要先作垂直,进而得直角三角形。若用向量方法,关键在求法向量。
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