- 空间几何体的结构
- 共7713题
(本题满分15分)四棱锥P-ABCD中,PA⊥平面ABCD,E为AD的中点,ABCE为菱形,∠BAD=120°,PA=AB,G,F分别是线段CE,PB上的动点,且满足=
=λ∈(0,1).
(Ⅰ) 求证:FG∥平面PDC;
(Ⅱ) 求λ的值,使得二面角F-CD-G的平面角的正切值为.
正确答案
方法一:
(Ⅰ) 证明:如图以点A为原点建立空间直角坐标系A-xyz,其中K为BC的中点,
不妨设PA=2,则,
,
,
,
,
.
由,得
,
,
,
设平面的法向量
=(x,y,z),则
,
,
得
可取=(
,1,2),于是
,故
,又因为FG
平面PDC,即
//平面
.
(Ⅱ) 解:,
,
设平面的法向量
,则
,
,
可取,又
为平面
的法向量.
由,因为tan
=
,cos
=
,
所以,解得
或
(舍去),
故.
方法二:
(Ⅰ) 证明:延长交
于
,连
,
.得平行四边形
,则
//
,
所以.
又,则
,
所以//
.
因为平面
,
平面
,
所以//平面
. …………6分
(Ⅱ)解:作FM于
,作
于
,连
.
则,
为二面角
的平面角.
,不妨设
,则
,
,
由 得
,即
.
略
(本小题满分12分)
如图,正方形ABCD所在平面与等腰三角形EAD所在平面相交于AD,平面CDE
(I)求证:平面ADE;
(II)在线段BE上存在点M,使得直线M与平面EAD所成角的正弦值为,试确定点M的位置。
正确答案
略
(满分15分)本题有2小题,第1小题6分,第2小题9分.
如图,在直角梯形中,
,
,
,
.将
(及其内部
)绕
所在的直线旋转一周,形成一个几何体.
(1)求该几何体的体积;
(2)设直角梯形
绕底边
所在的直线旋转角
(
)至
,问:是否存在
,使得
.若存在,求角
的值,若不存在,请说明理由.
正确答案
解:(1)如图,作,则由已知,得
,….2分
所以,
………………….………………….4分
(2)【解一】如图所示,以为原点,分别以线段
、
所在的直线为
轴、
轴,通过
点,做垂直于平面
的直线
为
轴,建立空间直角坐标系.
…….1分
由题意,得,
,
,
,………2分
,
若,则
,.…….…….…….…….…………. .4分
得,与
矛盾,…….…….…….…….………….…….…………. .1分
故,不存在,使得
. …….…….…….…….………….…….…………. .1分
【解二】取的中点
,连
,
,则
(或其补角)就是异面直线
所成的角.…….…….…….…….………….…….……….…….………….…….…………. .1分
在中,
,
,
.3分
.…….………….…………. .2分
,.…….….…….…………. .2分
故,不存在,使得
. …….…….…….…….………….…………. .1分
略
(本小题满分12分)
如图,在底面是正方形的四棱锥P—ABCD中,平面PCD⊥平面ABCD,PC=PD=CD=2.
(I)求证:PD⊥BC; (II)求二面角B—PD—C的大小.
正确答案
(1)略
(2)
方法一: (I)证明:∵平面PCD⊥平面ABCD,
又∵平面PCD∩平面ABCD=CD,
BC在平面ABCD内 ,BC⊥CD,
∴BC⊥平面PCD.
∴PD⊥BC. …………6分
(II)解:取PD的中点E,连接CE、BE,
为正三角形,
由(I)知BC⊥平面PCD,
∴CE是BE在平面PCD内的射影,
∴BE⊥PD.
∴∠CEB为二面角B—PD—C的平面角. …………9分
在
∴二面角B—PD—C的大小为 …………12分
方法二:(I)证明:取CD的中点为O,连接PO,∵PD=PC,∴PO⊥CD,
∵平面PCD⊥平面ABCD,
平面PCD∩平面ABCD=CD,
∴PO⊥平面ABCD,
如图,在平面ABCD内,过O作OM⊥CD交AB于M,
以O为原点,OM、OC、OP分别为x、y、z轴,
建立空间直角坐标系O—xyz,
由B(2,1,0),C(0,1,0),D(0,-1,0), …………4分
…………6分
(II)解:取PD的中点E,连接CE、BE,则
为正三角形,
为二面角B—PD—C的平面角. …………9分
二面角B—PD—C的大小为
…………12分
如图,在直角梯形中,
,
,
,
,
,
是
的中点,
是线段
的中点,沿
把平面
折起到平面
的位置,使
平面
,则下列命题正确的个数是 。
(1)二面角成角
;
(2)设折起后几何体的棱的中点
,则
平面
;
(3)平面和平面
所成的锐二面角的大小为
;
(4)点到平面
的距离为
正确答案
2个
略
(本题满分12分)
如图,在中,
,
,
、
分别为
、
的中点,
的延长线交
于
。现将
沿
折起,折成二面角
,连接
.
(I)求证:平面
平面
;
(II)当时,求二面角
大小的余弦值.
正确答案
证明:(I)在,
又E是CD的中点,得AF⊥CD. …………
..3分
折起后,AE⊥CD,EF⊥CD,又AE∩EF=E
,AE
平
面AED,EF
平面AEF,
故CD⊥平面AEF,又CD平面CDB,故平面AEF⊥平面CBD. …………5分
(II)过点A作AH⊥EF,垂足H落在FE的延长线上.
因为CD⊥平面AEF,所以CD⊥AH,所以AH⊥平面CBD. …………6分
以E为原点,EF所在直线为x轴,ED所在直线为y轴,过E与AH平行的直线为z轴
建立如图空间直角坐标系. …..……………………7分
由(I)可知∠AEF即为所求二面角的平面角,设为,并设AC=
,可得
…………8分
得
…………11分
故二面角A—CD—B大小的余弦值为…………12分
略
(本小题满分12分)
如图所示,四棱锥中,底面
为正方形,
平面
,
,
,
,
分别为
、
、
的中点.
(1)求证:;;
(2)求三棱锥的体积.
正确答案
(1)略
(2)VP-EFG= VG-PEF=
(1)如图,取AD的中点H,连接GH,FH
E,F分别为PC,PD的中点
EF∥CD………2分
G,H分别是BC,AD的中点,
GH∥CD
EF∥CD
E,F,H,G四点共面……………..3分
E,H分别为DP,DA的中点
PA∥FH……4分
PA∥面EFG…………6分
(2)GC⊥面PCD,
三棱锥以GC为高,△PEF为底。…………8分
PE=
PD="1 " EF=
CD=1
S△PEF=
EF×PF=
……………………………………………10分
GC=
BC=1
VP-EFG= VG-PEF=
…………………………………………12分
在如图所示的几何体中.EA⊥平面ABC,
DB⊥平面ABC,AC⊥BC,且AC=BC=BD=2AE=2,M是AB的中点.
(Ⅰ)求证:CM⊥EM ;
(Ⅱ)求多面体ABCDE的体积
(Ⅲ)求直线DE与平面EMC所成角的正切值.
正确答案
见解析
解:(I)证明:
,
是
的中点,
.
又平面
,
.
(II)解:连结,设
,则
,
在直角梯形中,
,
是
的中点.
,
,
.
.
平面
,
,
平面
,
是直线
和平面
所成的角.
在中,
,
,
.
所以直线与平面
所成的角的正切值为
.
正方体ABCD-A1B1C1D1中,M,N分别是AA1和BB1的中点,G是BC上一点,使C1N⊥MG,则∠D1NG=______.
正确答案
连接MN,
∵M,N分别是AA1和BB1的中点,
由正方体的几何特征可得MN∥C1D1,
在正方体ABCD-A1B1C1D1中,D1C1⊥平面B1C1CB
∵C1N⊂平面B1C1CB
∴D1C1⊥C1N
∴MN⊥C1N
又∵C1N⊥MG,MN∩MG=M,MD1,MG⊂平面MNG
∴C1N⊥平面MNG
又∵NG⊂平面MNG
∴C1N⊥NG
故∠D1NG=90°
故答案为:90°
关于图中的正方体ABCD-A1B1C1D1,下列说法正确的有:______.
①P点在线段BD上运动,棱锥P-AB1D1体积不变;
②P点在线段BD上运动,直线AP与平面AB1D1所成角不变;
③一个平面α截此正方体,如果截面是三角形,则必为锐角三角形;
④一个平面α截此正方体,如果截面是四边形,则必为平行四边形;
⑤平面α截正方体得到一个六边形(如图所示),则截面α在平面AB1D1与平面BDC1间平行移动时此六边形周长先增大,后减小.
正确答案
①中,BD∥B1D1,B1D1⊂平面AB1D1,BD⊄平面AB1D1,∴BD∥平面AB1D1,又P∈BD,∴棱锥P-AB1D1体积不变是正确的;
②中,P点在线段BD上运动,直线AP与平面AB1D1所成角先变大后变小,∴不变是错误的;
③中,一个平面α截此正方体,如果截面是三角形,则必为锐角三角形,是正确的;
④中,一个平面α截此正方体,如果截面是四边形,则可能是平行四边形,或梯形;∴必为平行四边形是错误的;
⑤中,截面α在平面AB1D1与平面BDC1间平行移动时此六边形周长不变,∴先增大,后减小是错误的;
故答案为:①③..
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