- 直线、平面垂直的判定与性质
- 共668题
如图,在直三棱柱中,
分别为
的中点,点
在侧棱
上,
且,
.
17.求证:直线平面
;
18. 求证:平面平面
.
正确答案
为中点,
为
的中位线
又为棱柱,
,又
平面
,且
平面
;
解析
为中点,
为
的中位线
又为棱柱,
,又
平面
,且
平面
;
考查方向
解题思路
易错点
判定定理的选用,线面关系的转化
正确答案
为直棱柱,
平面
,又
且,
平面
平面
,
又,
平面
又平面
,
又,
,且
平面
平面
,又
平面
平面
.
解析
为直棱柱,
平面
,又
且,
平面
平面
,
又,
平面
又平面
,
又,
,且
平面
平面
,又
平面
平面
.
考查方向
解题思路
易错点
判定定理的选用,线面关系的转化
如图,四边形ABCD为菱形,∠ABC=120°,E,F是平面ABCD同一侧的两点,BE⊥平面ABCD,DF⊥平面ABCD,BE=2DF,AE⊥EC.
19.证明:平面AEC⊥平面AFC;
20.求直线AE与直线CF所成角的余弦值.
正确答案
(Ⅰ)(Ⅰ)连接BD,设BD∩AC=G,连接EG,FG,EF,在菱形ABCD中,不妨设GB=1,由∠ABC=120°,可得AG=GC=.
由BE⊥平面ABCD,AB=BC可知,AE=EC,
又∵AE⊥EC,∴EG=,EG⊥AC,
在Rt△EBG中,可得BE=,故DF=
.
在Rt△FDG中,可得FG=.
在直角梯形BDFE中,由BD=2,BE=,DF=
可得EF=
,
∴,∴EG⊥FG,
∵AC∩FG=G,∴EG⊥平面AFC,
∵EG面AEC,∴平面AFC⊥平面AEC.
解析
见答案
考查方向
解题思路
(Ⅰ)连接BD,设BD∩AC=G,连接EG,FG,EF,在菱形ABCD中,不妨设GB=1易证EG⊥AC,通过计算可证EG⊥FG,根据线面垂直判定定理可知EG⊥平面AFC,由面面垂直判定定理知平面AFC⊥平面AEC;
易错点
本题在证明过程中推理不严密易错。
正确答案
(Ⅱ)
解析
(Ⅱ)如图,以G为坐标原点,分别以的方向为
轴,y轴正方向,
为单位长度,建立空间直角坐标系G-xyz,由(Ⅰ)可得A(0,-
,0),E(1,0,
),F(-1,0,
),C(0,
,0),∴
=(1,
,
),
=(-1,-
,
).…10分
故.
所以直线AE与CF所成的角的余弦值为.
考查方向
解题思路
(Ⅱ)以G为坐标原点,分别以的方向为
轴,y轴正方向,
为单位长度,建立空间直角坐标系G-xyz,利用向量法可求出异面直线AE与CF所成角的余弦值.
易错点
本题在写垂直的过程不能写全条件。
如图4,直三棱柱ABC-AB
C
的底面是边长为2的正三角形,E,F分别是BC,CC
的中点.
20.证明:平面AEF⊥平面BBCC
;
21.若直线AC与平面A
ABB
所成的角为45
,求三棱锥F-AEC的体积。
正确答案
如图,因为三棱柱是直三棱柱,
所以,又E是正三角形
的边BC的中点,所以
因此
,而
,
所以.
解析
见答案
考查方向
解题思路
先证明,
得到
,由面面垂直的判断定理得到
.
易错点
不会证明进而由面面垂直的判断定理得到
.
正确答案
.
解析
设AB的中点为D,连接,因为
是正三角形,所以
,又三棱柱
是直三棱柱,所以
,因此CD
平面
,于是
是直线
与平面
所成的角,
由题设知,
所以,,
在中,
,所以
,
故三棱锥F-AEC的体积.
考查方向
解题思路
设AB的中点为D,证明是直线
与平面
所成的角,
由题设知,求出棱锥的高与底面面积即可求解几何体的体积。.
易错点
找不到直线与平面所成的角;
19.如图,已知长方形中,
,
,
为
的中点.将
沿
折起,使得平面
⊥
平面
.
(Ⅰ)求证:
(Ⅱ)若点
是线段
上的一动点,问点
在何位置时,
二面角的余弦值为
.
正确答案
(1)证明:
∵长方形ABCD中,AB=,AD=
,M为DC的中点,
∴AM=BM=2,∴BM⊥AM.
∵平面ADM⊥平面ABCM,平面ADM∩平面ABCM=AM,BM⊂平面ABCM
∴BM⊥平面ADM ∵AD⊂平面ADM ∴AD⊥BM;
(2)建立如图所示的直角坐标系,设,
则平面AMD的一个法向量
,
,
设平面AME的一个法向量为
取y=1,得
所以,
因为
,
求得,所以E为BD的中点.
解析
已知面面垂直,得到线线垂直。建立空间直角坐标系计算求得
考查方向
面面垂直的性质定理,二面角.
解题思路
求二面角最常用的方法就是分别求出二面角的两个面所在平面的法向量,然后通过两个平面的法向量的夹角得到二面角的大小,但要注意结合实际图形判断所求角是锐角还是钝角.
易错点
计算能力,找二面角的平面角
知识点
19.如图,四棱柱的底面
是平行四边形,且
,
,
,
为
的中点,
平面
.
(Ⅰ)证明:平面平面
;
(Ⅱ)若,试求二面角
的余弦值.
正确答案
见解析
解析
试题分析:本题属于立体几何中的基本问题,题目的难度是逐渐由易到难.
(Ⅰ)依题意
∴是正三角形,
,
∵⊥平面
,
平面
,
平面
平面
∴平面
平面
.
(Ⅱ)连接,由题可知
,又
,故
故以为原点,
分别为
轴建立空间直角坐标系,则
,
,
,
,故
设面的一个法向量
,则
,
令,则
,
,
同理可求出面的一个法向量
故,而由图可知二面角
为钝角,所以二面角
的余弦值为
.
考查方向
本题考查了立体几何中的面面垂直和二面角的问题.属于高考中的高频考点。
解题思路
本题考查立体几何,解题步骤如下:
1、转化为证明线面垂直。
2、建立空间直角坐标系,利用夹角的余弦公式求解。
易错点
1、第一问中的面面垂直的转化。
2、第二问中二面角求解时要建立适当的空间直角坐标系。
知识点
15.已知都是球
表面上的点,
平面
,
,
,
,
,则球
的表面积等于______.
正确答案
解析
试题分析:因为平面
,
,所以四面体
的外接球半径等于以长、宽、高分别为
三边长的长方体的外接球的半径.因为
,
,
,所以
=
=
,所以表面积为
.
考查方向
解题思路
首先根据已知条件求出圆的半径,进而可求出圆的表面积。
易错点
对相关知识但不熟悉下导致错误。
知识点
18.如图所示,该几何体是由一个直三棱柱和一个正四棱锥
组合而成,
,
.
(1)证明:平面平面
;
(2)求正四棱锥的高
,使得二面角
的余弦值是
.
正确答案
(1)略;
(2)1
解析
试题分析:本题属于立体几何中的基本问题,题目的难度是逐渐由易到难.
(1)证明:直三棱柱中,
平面
,
所以:,又
,
所以:平面
,
平面
,
所以:平面平面
(2)由(2)平面
,
以 为原点,
方向为
轴建立空间直角坐标系
,
设正四棱锥的高
,
,
则,
,
,
,
,
,
设平面的一个法向量
则:,
取,
则,
所以:
设平面的一个法向量
,
则,
取,则
,
,
所以:二面角
的余弦值是
,
所以,,
解得:
考查方向
本题考查了立体几何中的面面垂直和二面角的问题.属于高考中的高频考点。
解题思路
本题考查导数的性质,解题步骤如下:
1、转化为证明线面垂直。
2、建立空间直角坐标系,利用夹角的余弦公式求解。
易错点
1、第一问中的面面垂直的转化。
2、第二问中二面角求解时要建立适当的空间直角坐标系。
知识点
17.如图,在四棱锥中,底面
是平行四边形,
,侧面
底面
,
,
,
分别为
的中点,点
在线段
上。
(Ⅰ)求证:平面
;
(Ⅱ)若为
的中点,求证:
平面
;
(Ⅲ)如果直线与平面
所成的角和直线
与平面
所成的角相等,求
的值。
正确答案
(Ⅰ)证明略;
(Ⅱ)证明略;
(Ⅲ).
解析
试题分析:本题属于立体几何的基本问题,题目的难度是逐渐由易到难,(1)直接按照步骤来求,(2)要注意判定定理的条件要全
(Ⅰ)证明:在平行四边形中,因为
,
,
所以.
由分别为
的中点,得
,
所以.
因为侧面底面
,且
,
所以底面
.
又因为底面
,
所以.
又因为,
平面
,
平面
,
所以平面
.
(Ⅱ)证明:因为为
的中点,
分别为
的中点,
所以,
又因为平面
,
平面
,
所以平面
.
同理,得平面
.
又因为,
平面
,
平面
,
所以平面平面
.
又因为平面
,
所以平面
.
(Ⅲ)解:因为底面
,
,所以
两两垂直,故以
分别为轴、
轴和
轴,如下图建立空间直角坐标系,
则,
所以,
,
,
设,则
,
所以,
,
易得平面的法向量
.
设平面的法向量为
,
由,
,得
令, 得
.
因为直线与平面
所成的角和此直线与平面
所成的角相等,
所以,即
,
所以 ,
解得,或
(舍).
考查方向
本题主要考查了空间中直线与平面的位置关系的转化、空间向量在立体几何中的运用;空间中线面位置关系的证明值域有以下几类:
1.线线间的平行或垂直,
2.面面间的平行或垂直,
3.线面间的平行或垂直;
空间向量在立体几何中的运用,主要分以下几类:
1.利用空间向量求异面直线的角,
2.利用空间向量求直线与平面所成的角,
3.利用空间向量求二面角,
4.利用空间向量求点到平面的距离.
解题思路
本题考查立体几何问题,解题步骤如下:
1.利用线面垂直的判定定理进行证明;
2.利用三角形的中位线得到线线平行,利用线面平行的判定定理得到线面平行;
3.利用面面平行的判定定理进行证明;
4.建立空间直角坐标系,利用三点共线设点,求出平面的法向量;5.利用两角相等求得比值。
易错点
1、第一、二问中,利用判定定理证明时,条件不全;
2、第三问中写点的坐标出现错误。
知识点
17.如图,在四棱锥中,底面
是平行四边形,
,侧面
底面
,
,
,
分别为
的中点,点
在线段
上.
(Ⅰ)求证:平面
;
(Ⅱ)若为
的中点,求证:
平面
;
(Ⅲ)当时,求四棱锥
的体积.
正确答案
(Ⅲ)四棱锥的体积为24.
解析
(Ⅰ)证明:在平行四边形中,因为
,
,
所以.
由分别为
的中点,得
,
所以.
因为侧面底面
,且
,
所以底面
.
又因为底面
,
所以.
又因为,
平面
,
平面
,
所以平面
.
(Ⅱ)证明:因为为
的中点,
分别为
的中点,
所以,
又因为平面
,
平面
,
所以
平面
.
同理,得平面
.
又因为,
平面
,
平面
,
所以平面平面
.
又因为平面
,
所以平面
.
(Ⅲ)解:在中,过
作
交
于点
(图略),
由,得
,
又因为,
所以,
因为底面
,
所以底面
,
所以四棱锥的体积
.
考查方向
解题思路
1、第一问由,
(通过
为底角为45度的等腰三角形得出)即可证
平面
;
2、第二问可通过证明平面MEF平行平面PAB得出平面
;也可以通过取PA中点N,连结MN,BN构造平行四边形MNBE得出
NB由线面平行判定得出
平面
。
3、由PA垂直平面ABCD为基础,通过作PA平行线得出四棱锥的高即可顺利解决问题,于是过
作
交
于点
即得到四棱锥的高,然后通过
,三角形MND与三角形PAD相似可得MN的值,进而求出四棱锥
的体积.
易错点
本题前两问中的证明过程要求严谨、完整,部分学生易书写的不规范、不完整而出错。
知识点
19.如图,四棱锥中,
底面
,
,底面
为梯形,
,
,
.
(1)求证:平面
平面
;
(2)求四棱锥的体积
.
正确答案
(1)见解析;
(2).
解析
试题分析:本题属于直线与平面垂直的性质、面面垂直的判定、棱锥的体积等知识点的综合应用问题,属于中档题,只要掌握相关的知识,即可解决本题,解析如下:
(1)证明:如图,∵PA⊥底面ABCD,∴PA⊥BC.
又AB⊥BC,PAAB=A,∴BC⊥平面PAB.
又BC平面PCB,∴平面PAB⊥平面PCB.
(2)解:∵PA⊥底面ABCD,∴PA⊥AD.
又PC⊥AD,∴AD⊥平面PAC,∴AC⊥AD.
在梯形ABCD中,由AB⊥BC,AB=BC,得,
∴.
又AC⊥AD,故△DAC为等腰直角三角形,
∴DC=2AB,∴,
.
考查方向
解题思路
(1)先由线面垂直的性质得,再结合已知条件可得
平面
,进而使问题得证;
(2)易证得为等腰直角三角形,从而求得
的长,进而求得四棱锥
的体积.
易错点
相关知识点不熟容易证错。
知识点
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