- 直线、平面垂直的判定与性质
- 共668题
16.在四棱锥P-ABCD中,PC⊥平面ABCD,DC∥AB,DC=2,AB=4,BC=2,∠CBA=30°.
(1)求证:AC⊥PB;
(2)若PC=2,点M是棱PB上的点,且CM∥平面PAD,求BM的长。
正确答案
见解析
解析
(1)∵PC⊥平面ABCD,∴PC⊥AC,
又∠CBA=30°,BC=2,AB=4,
∴AC=
=,
∴AC2+BC2=4+12=16=AB2,∴∠ACB=90°,
故AC⊥BC.又∵PC、BC是平面PBC内的两条相交直线,
故AC⊥平面PBC,∴AC⊥PB.
(2) BM=2
考查方向
解题思路
(1)由余弦定理求AC
(2)由勾股逆定理得∠ACB=90°
(3)AC⊥BC,PC⊥AC,AC⊥平面PBC,∴AC⊥PB
易错点
证明过程不到位。
知识点
如图(1)所示,在直角梯形ABCD中,AD∥BC,∠BAD=,AB=BC=1,AD=2,E是AD的中点,O是AC与BE的交点.将△ABE沿BE折起到△A1BE的位置,如图(2)所示.
22.证明:CD⊥平面A1OC;
23.若平面A1BE⊥平面BCDE,求平面A1BC与平面A1CD所成锐二面角的余弦值.
正确答案
见解析
解析
证明:在图(1)中,因为AB=BC=1,AD=2,E是AD的中点,∠BAD=,所以BE⊥AC,BE∥CD.即在图(2)中,BE⊥OA1,BE⊥OC,又OA1∩OC=O,OA1⊂平面A1OC,OC⊂平面A1OC,从而BE⊥平面A1OC.又CD∥BE,所以CD⊥平面A1OC.
考查方向
解题思路
第1问利用面面垂直证明线面垂直,第2问先找到二面角的平面角,再利用解直角三角形性质求解。
易错点
找不到二面角,辅助线作不出来
正确答案
见解析
解析
由已知,平面A1BE⊥平面BCDE,又由22题知,BE⊥OA1,BE⊥OC,
所以∠A1OC为二面角A1BE C的平面角,所以∠A1OC=.如图,以O为原点,OB,OC,OA1所在直线分别为x轴,y轴,z轴建立空间直角坐标系,
因为A1B=A1E=BC=ED=1,BC∥ED,所以B(,0,0)E(-,0,0),A1(0,0,),C(0,,0),得=(-,,0),=(0,,-)
==(-,0,0).设平面A1BC的法向量n1=(x1,y1,z1),平面A1CD的法向量n2=(x2,y2,z2),平面A1BC与平面A1CD的夹角为θ,
则得取n1=(1,1,1);
得取n2=(0,1,1),从而cos θ=|cos〈n1,n2〉|==,即平面A1BC与平面A1CD所成锐二面角的余弦值为.
考查方向
解题思路
第1问利用面面垂直证明线面垂直,第2问先找到二面角的平面角,再利用解直角三角形性质求解。
易错点
找不到二面角,辅助线作不出来
如图,是平行四边形,
平面
,
,
,
,
.
,
,
分别为
,
,
的中点.
21.求证:;
22.求平面与平面
所成锐二面角的余弦值。
正确答案
(1)略;
解析
解:
而
考查方向
解题思路
先证明后即可得到答案;
易错点
找不到而无法证明答案;
正确答案
(2)
解析
设的中点为
,连结
,
,
.
易知所以
四点共面
,
分别为
,
,
的中点
同理 又
二面角即为平面
与平面
所成的锐二面角
,
,
且
就是平面
与平面
所成锐二面角的一个平面角
考查方向
解题思路
先证明就是平面
与平面
所成锐二面角的一个平面角,后在三角形中解出即可。
易错点
找不到二面角的平面角无法做出答案。
5.已知为空间中两条不同的直线,
为空间中两个不同的平面,下列命题中正确的是( )
正确答案
解析
对于选项A.可以相交; 对于选项B.,直线
可以在平面
内,
对于选项C.,直线可以在平面
内,故选D.
考查方向
解题思路
根据选项逐个进行分析、判断。
易错点
对线面、面面的平行或垂直的判定定理理解不透彻,导致出错。
知识点
如图,在梯形ABCD中,AB∥CD,AD=DC=CB=1,∠BCD=120°,四边形BFED为矩形,平面BFED⊥平面ABCD,BF=1.
21.求证:AD⊥平面BFED;
22.点P在线段EF上运动,设平面PAB与平面ADE所成锐二面角为θ,试求θ的最小值.
正确答案
见解析
解析
解:(1)在梯形中,
∵∥
,
∴∴
∴∴
∵平面
平面
平面平面
,
∴
∴又
∴
考查方向
解题思路
该题解题关键在于找到所求内容的突破点
1)根据余弦定理得出BD进而推出
2)由面面垂直得到线面垂直
3)设恰当的参数,建系求二面角,根据参数范围求θ的最小值
易错点
本题容易在上判断出错
正确答案
见解析
解析
解:
(2)由(1)可建立分别以直线为
轴,
轴,
轴的,如图所示的空间直角坐标系,令
(
≤
≤
),则
∴
设为平面
的一个法向量,
由得
取则
∵是平面
的一个法向量,
∴
∵≤
≤
,∴当
=
时,
有最大值
.
∴的最小值为
考查方向
解题思路
该题解题关键在于找到所求内容的突破点
1)根据余弦定理得出BD进而推出
2)由面面垂直得到线面垂直
3)设恰当的参数,建系求二面角,根据参数范围求θ的最小值
易错点
本题容易在上判断出错
如图,在直三棱柱ABC-A1B1C1中,D1E分别为BB1和CC1的中点,AF⊥平面A1DE,其垂足F落在直线A1D上.
21.求证:BC⊥A1D;
22.若A1D=,AB=BC=3,求二面角Cl-A1D-E的平面角的余弦值.
正确答案
(1)BC⊥A1D;
解析
(1)∵在直三棱柱中,
平面
,
又∵平面
,∴
.
又∵平面
,
平面
,∴
.
又∵分别为
和
的中点,∴
,∴
.
而平面
,
平面
,且
,
∴平面
.
又∵平面
,∴
.
考查方向
解题思路
(1)通过证明线面垂直证线线垂直(2)利用空间直角坐标系,求出两个半平面的法向量再计算
易错点
忽视证明线线垂直的条件
正确答案
(2)
解析
(2)由(1)知平面
,
平面
,从而
,如图,以
为原点建立空间直角坐标系
.
[来源:学&科&网Z&X&X&K]
∵,∴
,
则由,知
,∴
,
则,
,
,
,
,
,
.
设平面的一个法向量
,则
由,得
,取
,可得
.
设平面的一个法向量
,则
由,得
,取
,可得
,
∴,
∴二面角平面角的余弦值是
.
考查方向
解题思路
(1)通过证明线面垂直证线线垂直(2)利用空间直角坐标系,求出两个半平面的法向量再计算
易错点
忽视证明线线垂直的条件
5.已知为空间中两条不同的直线,
为空间中两个不同的平面,下列命题中正确的是( )
正确答案
解析
对于选项A可以相交; 对于选项B,直线
可以在平面
内,
对于选项C,直线可以在平面
内,故选D
考查方向
解题思路
根据选项逐个进行分析、判断。
易错点
对线面、面面的平行或垂直的判定定理理解不透彻,导致出错。
知识点
选修4-1:几何证明选讲
如图,AB是圆O的直径,点C在圆O上,延长BC到D使,过C作圆O的切线交AD于E.若
,
.
27.求证:;
28.求BC的长.
正确答案
连接,因
分别为
的中点,所以
,
又为圆
的切线,
,所以
解析
连接O,C,因为O,C分别为AB,BD的中点,所以有
OC//AD
因为CE为圆的切线,所以CE垂直OC,所以OE垂直AD
考查方向
圆切线的判定和性质,与圆有关的比例线段
解题思路
先证明O,C分别为AB和BD的中点,进而证明CE是圆的切线,得到垂直关系。
易错点
辅助线作法错误,相关图形性质掌握不好
教师点评
本题的辅助线比较关键,看到切线要想到作垂直。
正确答案
依题意易知,所以
,又
,所以
,从而
.
解析
根据题意,容易得到三角形ABC相似于三角形CDE,所以
,
又因为,
所以
AB=6,DE=2
所以
考查方向
与圆有关的比例线段,相似三角形的性质
解题思路
先证明三角形相似,然后得到比例关系,利用等量转化的方法,得到BC的长
易错点
计算错误,找不到等量转换关系
教师点评
看到求线段的长,已知条件给出了一些线段的关系,所以应该想到利用三角形相似的性质求解。
8.设是空间的不同直线或不同平面,下列条件中能保证“若
,且
,则
”
为真命题的是 . (填所正确条件的代号)
①为直线; ②
为平面;
③为直线,
为平面; ④
为直线,
为平面.
正确答案
③
解析
:①x,y,z为正方体从一个顶点出发的三条直线,结论错误;
②x,y,z为正方体中交于一点的三个平面,结论错误;
③由垂直于同一平面的两条直线平行可知③正确;
④中有可能x⊂y,结论错误;
故答案为③
考查方向
复合命题的真假,空间中直线与平面的位置关系
解题思路
空间点线面的位置关系考查,借助于正方体考虑平行和垂直
易错点
空间结构感不强
知识点
19.《九章算术》中,将底面为长方形且有一条侧棱与底面垂直的四棱锥称之为阳马,将四个面都为直角三角形的四面体称之为鳖臑.
如图,在阳马中,侧棱
底面
,且
,过棱
的中点
,作
交
于点
,连接
(1)证明:.试判断四面体
是否为鳖臑,若是,写出其每个面的直角(只需写出结论);若不是,说明理由;
(2)若面与面
所成二面角的大小为
,求
的值.
正确答案
(1)因为底面
,所以
,
由底面为长方形,有
,而
,
所以. 而
,所以
.
又因为,点
是
的中点,所以
.
而,所以
平面
. 而
,所以
.
又,
,所以
平面
.
由平面
,
平面
,可知四面体
的四个面都是直角三角形,
即四面体是一个鳖臑,其四个面的直角分别为
.
(2)如图1,在面内,延长
与
交于点
,则
是平面
与平面
的交线. 由(1)知,,所以
.
又因为底面
,所以
. 而
,所以
.
故是面
与面
所成二面角的平面角,
设,
,有
,
在Rt△PDB中, 由, 得
,
则 , 解得
.
所以
故当面与面
所成二面角的大小为
时,
.
(解法2)
(1)如图2,以为原点,射线
分别为
轴的正半轴,建立空间直角坐标系. 设
,
,则
,
,点
是
的中点,所以
,
,
于是,即
.
又已知,而
,所以
.
因,
, 则
, 所以
.
由平面
,
平面
,可知四面体
的四个面都是直角三角形,
即四面体
是一个鳖臑,其四个面的直角分别为
.
(2)由,所以
是平面
的一个法向量;
由(1)知,,所以
是平面
的一个法向量.
若面与面
所成二面角的大小为
,
则,
解得. 所以
故当面与面
所成二面角的大小为
时,
.
解析
解析已在路上飞奔,马上就到!
知识点
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