- 空间几何体
- 共15406题
已知直四棱柱ABCD—A1B1C1D1的底面是菱形,且∠DAB=60°,AD=AA1,F为棱BB1的中点,M为线段AC1的中点。
(1)求证:直线MF∥平面ABCD;
(2)求平面AFC1与平面ABCD所成二面角的大小。
正确答案
(1)延长C1F交CB的延长线于点N,连接AN。因为F是BB1的中点,所以F为C1N的中点,B为CN的中点。
又M是线段AC1的中点,故MF∥AN。
又MF平面ABCD,AN
平面ABCD。
∴MF∥平面ABCD。
(2)易得BD⊥ACC1A1,又AC1ACC1A1,
∴BD⊥AC1,∴BD∥NA,∴AC1⊥NA。
又由BD⊥AC可知NA⊥AC,
∴∠C1AC就是平面AFC1与平面ABCD所成二面角的平面角或补角。
在Rt△C1AC中,,
故∠C1AC=30°
∴平面AFC1与平面ABCD所成二面角的大小为30°或150°
略
如图所示,两条异面直线AB,CD与三个平行平面α,β,γ分别相交于A,E,B及
C,F,D,又AD、BC与平面β的交点为H,G.
求证:四边形EHFG为平行四边形。
正确答案
证明:∵平面ABC∩平面α=AC,平面ABC∩平面β=BC,α∥β
∴AC∥EG.同理可证AC∥HF.
∴EG∥HF.同理可证EH∥FG.
∴四边形EHFG为平行四边形.
略
已知四棱锥的底面为直角梯形,
,
底面
,且
,
,
是
的中点。
(Ⅰ)证明:面面
;
(Ⅱ)求与
所成角的余弦值;
(Ⅲ)求面与面
所成二面角的余弦值.
正确答案
解:证明:以为坐标原点
长为单位长度,如图建立空间直角坐标系,则各点坐标为
.
(Ⅰ)证明:因
由题设知,且
与
是平面
内的两条相交直线,由此得
面
.又
在面
上,故面
⊥面
.(Ⅱ)解:因
(Ⅲ)解:在上取一点
,则存在
使
要使
为
所求二面角的平面角.
略
(本小题满分12分)
如图,长方体中,
AD=2,AB=AD=4,
,点E是AB的中点,点F是
的中点。
(1)求证:;
(2)求异面直线与
所成的角的大小;
(本题满分12分)
已知,且以下命题都为真命题:
命题 实系数一元二次方程
的两根都是虚数;
命题 存在复数
同时满足
且
.
求实数的取值范围.
正确答案
解:由命题为真,可得
;……6分
由命题为真,可知复平面上的圆
和圆
有交点,
于是由图形不难得到,……12分
故两个命题同时为真的实数的取值范围是
.……14分
略
如图所示,在棱长为的
正方体ABCD—A1B1C1D1中,E、F、H分别是棱BB1、CC1、DD1的中点。
(Ⅰ)求证:BH//平面A1EFD1;
(Ⅱ)求直线AF与平面A1EFD1所成的角的正弦值。
正确答案
(Ⅰ)证明略
(Ⅱ)
(Ⅰ)证明:连结D1E,
………………7分
(Ⅱ)解:过A作AG⊥A1E,垂足为G。
∵A1D1⊥平面A1ABB1,∴A1D1⊥AG,
∴AG⊥平面A1EFD1。
连结FG,则∠AFG为所求的角。……9分
即直线AF与平面A1EFD1所成的角的正弦值为 …………14分
如图所示,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,S,E,G分别是B1D1,BC,SC的中点.
求证:直线EG∥平面BB1D1D.
正确答案
证明:如图,连接SB
∵E,G分别是BC,SC的中点,∴EG∥SB
∵
∴直线EG∥平面BB1D1D
略
(本小题满分14分)
如图, 在直三棱柱ABC-A1B1C1中,AC=3,BC=4,,AA1=4,点D是AB的中点.
(1)求证:AC⊥BC1;
(2)求的体积;
(3)求二面角的平面角的余弦值.
正确答案
(1)证明:直三棱柱ABC-A1B1C1,底面三边长AC=3,
BC=4,AB=5,
∴ AC⊥BC, …………2分
又 AC⊥C1 C,
∴ AC⊥平面BCC1;
∴ AC⊥BC1 …………4分
(2)…………8分
(3)解法一:取中点
,过
作
于
,连接
。
是
中点,
∴
∴平面
,又
∴
∴ ,又
∴平面
∴
∴是二面角
的平面角…………10分
AC=3,BC=4,AA1=4,
∴,
∴
,
∴二面角
的余弦值为
…………14分
解法二:以分别为
轴建立如图所示空间直角坐标系,
AC=3,BC=4,AA1=4,
∴,
,
,
∴,
平面的法向量
,
设平面的法向量
,
则,
的夹角的补角的大小就是二面角
的大小
则由解得
…12分
,………13分
∴二面角的余弦值为
…………14分
略
(12分).若以连续掷两次骰子分别得到的点数m、n作为点P的坐标
,求:
(1)点P在直线上的概率;
(2)点P在圆外的概率.
正确答案
解:
(1)由上表格可知有6个,一共有36数据-----------------4分
∴P点在直线上的概率为 6/36=1/6.------------------------------------
-----2分
(2)在圆内的点P有(1,1),(1,2),(1,3),(1,4),(2,1),(2,2),(2,3),(2,4)(3,1),(3,2),(3,3),(4,1),(4,2)------------------------- 2分
在圆上的点P有 (3,4),(4,3)------------------------------------------------1分
上述共有15个点在圆内或圆外.共有36个点坐标.--------------------------------1分
所以点P在圆外的概率为 1-15/36=7/12-------------------------------2分
---------------------------------------------------------------------------------------------------共12分
略
(本大题8分)已知正方体,求:
(1)异面直线与
所成的角;
(2)证明:直线//平面
C
(3)二面角D— AB—C
的大小;
正确答案
.(1)
(2)略
(3)
略
(本题满分10分)
如图,正方形
所在平面与
所在平面垂直,
,
,
中点为
.
(1)求证:
(2)求直线与平面
所成角
正确答案
略
命题:一条直线与已知平面相交,则面内不过该交点的直线与已知直线为异面直线。
用符号表示为
正确答案
,且
,则
与
互为异面直线
略
(I)求证:; (Ⅱ)求三棱锥
的侧面积。
正确答案
略
(I)证明:在中,
………………………2分
又平面
平面
平面平面
平面
平面
……………………………………………………………………4分
平面
……………………………………………………5分
(Ⅱ)解:由(I)知从而
在中,
………………………………………………………………6分
又平面
平面
…………………………………8分
平面
平面
,平面
而平面
综上,三棱锥的侧面积,
…………………………10分
(本小题满分12分)如图所示,在直三棱柱中,
、
、
分别是
、
、
的中点,
是
上的点.
(1)求直线与平面
所成角的正切值的最大值;
(2)求证:直线平面
;
(3)求直线与平面
的距离.
正确答案
(1)线PE与平面ABC所成角的最大值为
(2)略
(3)
解:(1)PE在平面ABC内的射影为AP,
则∠EPA为PE与平面ABC所成角的平面角,
当点P与D重合时,AP最短,此时:
取直线PE与平面ABC所成角的最大值为 …………(4分)
(2)如图所示,连接DE、CE,∵D、E、F分别是所在棱的中点,
,
又平面EDC//平面
………………………………………………………(8分)
(3)解法一 由(2)可知,直线PE与平面的距离等于两平行平面EDC与平面
的距离,即点
到平面EDC的距离,亦即A到平面EDC的距离.设A到平面EDC的距离为
,又
,平面
且平面
,又
,
为直角三角形.
由,得
………………………………………… (12分)
解法二 由(1)知,平面EDC//平面,故平面
的法向量也为
.又E到平面
的距离,即为向量
在法向量n上的投影的绝对值,
又=
(1)证明:;
(2)若
为
上的动点,
与平面
所成最大角的正切值为
,求锐二面角
的余弦值;
(3)在(2)的条件下,设,求点
到平面
的距离。
正确答案
略
(1)证明:由四边形为菱形,
,知
为正三角形
∵为
的中点∴
,又
∴
…………………………1分
∵平面
,
平面
∴
而平面
,
平面
,且
,
∴平面
,又
平面
,∴
…………………………3分
(2)设,连结
由(1)知平面
,而
,∴
,
则为
与平面
所成的角。………………………………………………4分
在中,
,当
最小时,即当
时,
最大,此时
因此
,
又 ∴
∴
…………………………………………………5分
方法一:平面
,
平面
, ∴平面
平面
过作
于
,则
平面
,过
作
于
,连结
,则
为二面角
的平面角。…………………………………………………… 6分
在中,
又
为的中点,∴
在
中,
,
又
在中,
即所求二面角的余弦值为……………………………………………………………7分
方法二:由(1)知两两垂直,以为坐标原点,建立如图所示的空间直角坐标系,则:
∴
………………………………………………………7分
设平面的一个法向量为
,
则,因
此
取,则
……………………………………………………………8分
∵,
平面
故为平面的法向量。……………………………………………………6分
∴
二面角为锐角,所以所求二面角的余弦值为…………………………………………7分
(3)方法一:由(2)得:在中
,
,∴
在中,
,∴
中,
,
又,∴
………………………………………………………………8分
又,点
到平面
的距离
,…………………9分
设点到平面
的距离为
,
∵,∴
,
∴………………………………………………………………10分
方法二:由(2)解法2知,平面的一个法向量为
……………………8分
又∵
∴点到平面
的距离为
…………………………………10分
其余方法请酌情给分!!
如图所示, 在三棱柱中,
底面
,
.
(1)若点分别为棱
的中点,求证:
平面
;
(2) 请根据下列要求设计切割和拼接方法:要求用平行于三棱柱的某一条侧棱的平面去截此三棱柱,切开后的两个几何体再拼接成一个长方体. 简单地写出一种切割和拼接方法,并写出拼接后的长方体的表面积(不必写出计算过程).
正确答案
(Ⅰ) (Ⅱ)拼接成的长方体的表面积为16或.
连结,
底面
,
平面
,
∴.
,
分别为棱
的中点,
∴
.
,
∴Rt△ Rt△
.∴
.
,∴
.
∴.
∴
,∴
平面
.
∴.
,∴
平面
.
平面
,∴
. 同理可证
.
,∴
平面
.
(2)切割拼接方法一:如图甲所示,分别以
的中点
所确定的平面为截面,把三棱柱
切开后的两个几何体再拼接成一个长方体(该长方体的一个底面为长方形
如图①所示,),此时所拼接成的长方体的表面积为16.
图甲 图①
切割拼接方法二:如图乙所示,设的中点分别为
,以四点
所确定的平面为截面,把三棱柱
切开后的两个几何体再拼接成一个长方体(该长方体的一个底面为正方形
),此时所拼接成的长方体的表面积为
.
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