- 直线、平面垂直的判定与性质
- 共668题
19. 如图,三棱柱ABC-A1B1C1所有的棱长均为2,B1在底面上的射影D在棱长BC上,且A1B∥平面ADC1。
(Ⅰ)求证:平面ADC1⊥平面BCC1B1;
(Ⅱ)求平面ADC1与平面A1AB所成角的正弦值.
正确答案
见解析
解析
(1)证明:
由题意得B1D⊥面ABC,直线ADㄈ面ABC,所以B1D⊥AD
连接A1C交AC1与点E,连接DE,则.
又因为A1B||ADC1
所以A1B||DE
在△A1BC中E是边A1C的中点,所以D为BC的中点
则AD⊥BC
又∵B1D∩BC=B
∴AD⊥平面BCC1B1
∵ADㄈ平面ADC1
∴平面ADC1⊥平面BCC1B1
(2)由(1)得以D为坐标原点,以DC,DA,DA1为xyz轴建系
因为
在平面A1AB中,不共线向量,
设法向量为
同理
在平面ADC1中,不共线向量,
设法向量为
由图知二面角α为锐角
考查方向
主要考察了直线与平面平行的判定与性质,考察了用空间向量求平面间的夹角
解题思路
第一步:根据已知条件A1B∥平面ADC1确定射影D的位置(底边中点)
第二步:根据线面垂直的判定得出:AD⊥平面BCC1B1进而得到面面垂直
第三步:根据第一问证明过程得出以D为坐标原点建系,利用空间向量求出结果
易错点
主要易错于点D位置的确定和面面角正弦值的求解
教师点评
该题思路比较简单,但是有几个关键地方必须考虑清楚:一个是D的位置判断,第二个就是求二面角的过程要细心,看好要求的结果
知识点
如图,四棱锥中,
平面
,
,
,
,
为线段
上一点,
,
为
的中点.
21.证明平面
;[
22.求四面体的体积.
正确答案
(Ⅰ)(I)由已知,得,取BP的中点T,链接AT,TN,由N为PC中点,知
,
又
,故TN平行且等于AM,四边形AMNT为平行四边形,
于是,因为
,
,所以
解析
(I)由已知,得,取BP的中点T,链接AT,TN,由N为PC中点,知
,
又
,故TN平行且等于AM,四边形AMNT为平行四边形,于是
,因为
,
,所以
来源:学科网]
考查方向
解题思路
(I)取PB的中点T,证明AMNT为平行四边形,可得到,再结合线面平行的判断定理可证;
易错点
对直线与平面间的平行与垂直关系和三棱锥的体积理解出现错误、计算错误
正确答案
解析
因为平面
,
为
的中点,
所以到平面
的距离为
取的中点
,连结
.由
,得
,
.
由得
到
的距离为
,故
.
所以四面体的体积
考查方向
解题思路
(I)取PB的中点T,证明AMNT为平行四边形,可得到,再结合线面平行的判断定理可证;(II)由条件可知四面体
的高,即点N到底面的距离为PA的一半,即求出结果
易错点
对直线与平面间的平行与垂直关系和三棱锥的体积理解出现错误、计算错误
正方体中,沿平面
将正方体分成两部分,其中一部分如图所示,过直线
的平面
与线段
交于点
.
21.当与
重合时,求证:
;
22.当平面平面
时,求平面
与平面
所成锐二面角的余弦值.
正确答案
(1)证明略;(2)
解析
(Ⅰ)连接
,在正方形
中,
,
正方体中,
平面
,
平面
,
,
平面
,
,即
;-------------4分
考查方向
解题思路
利用线面垂直的判定定理及线面垂直的定义求证第1问
建立适当的空间直角坐标系,利用空间向量求解二面角的余弦值
易错点
平面的法向量计算出错
正确答案
(2)
解析
正方体中,
、
、
两两垂直,
分别以、
、
为
、
、
轴建立空间直角坐标系,
设,
,
,设
,
,
,设平面
的法向量为
,
则,即
,令
,得
,
平面的法向量为
,
平面的法向量为
,
平面
平面
,
,得
,
,--------8分
设平面与平面
所成锐二面角为
,
则.-------------12分
考查方向
解题思路
利用线面垂直的判定定理及线面垂直的定义求证第1问
建立适当的空间直角坐标系,利用空间向量求解二面角的余弦值
易错点
平面的法向量计算出错
如图,在直三棱柱ABC﹣A1B1C1中,已知AC⊥BC,BC=CC1,设AB1的中点为D,B1C∩BC1=E.
求证:
19.DE∥平面AA1C1C;
20.BC1⊥AB1.
正确答案
(1)根据题意,得;E为B1C的中点,D为AB1的中点,所以DE∥AC;又因为DE⊄平面AA1C1C,AC⊂平面AA1C1C,所以DE∥平面AA1C1C;
解析
(1)根据题意,得;E为B1C的中点,D为AB1的中点,所以DE∥AC;又因为DE⊄平面AA1C1C,AC⊂平面AA1C1C,所以DE∥平面AA1C1C;
考查方向
解题思路
根据中位线定理得DE∥AC,即证DE∥平面AA1C1C;
正确答案
(2)因为棱柱ABC﹣A1B1C1是直三棱柱,所以CC1⊥平面ABC,
因为AC⊂平面ABC,所以AC⊥CC1;
又因为AC⊥BC,CC1⊂平面BCC1B1,BC⊂平面BCC1B1,
BC∩CC1=C,所以AC⊥平面BCC1B1;又因为BC1⊂平面平面BCC1B1,
所以BC1⊥AC因为BC=CC1,所以矩形BCC1B1是正方形,
所以BC1⊥平面B1AC;又因为AB1⊂平面B1AC,
所以BC1⊥AB1.
解析
间答案
考查方向
解题思路
先由直三棱柱得出CC1⊥平面ABC,即证AC⊥CC1;再证明AC⊥平面BCC1B1,即证BC1⊥AC;最后证明BC1⊥平面B1AC,即可证出BC1⊥AB1.
易错点
本题考查了直线与直线,直线与平面以及平面与平面的位置关系,也考查了空间想象能力和推理论证能力的应用问题,在严格应用定理过程中易错.
如图,三棱柱中,
,
,
.
21.证明:;
22.若,
,求三棱锥
的体积.
正确答案
详见解析
解析
(Ⅰ)证明:取的中点
,连接
,
,
.
,
,…………………………………………. 2分
又,
.
为等边三角形.
,………….…….3分
又因为平面
,
平面
,
.
平面
.………………………………………..………….5分
又平面
,因此
;…………………………….6分
考查方向
棱柱的性质及应用,直线和直线垂直的判定
解题思路
由线面垂直证明线线垂直
易错点
空间想象力不强,逻辑性不强
正确答案
详见解析
解析
(Ⅱ)解:在等边中
,在等边
中
;
在中
.
是直角三角形,且
,故
.……….….8分
由(Ⅰ)得
又平面
,
平面
,
,
平面
.
故是三棱锥
的高.……………………………..…………….9分
又.
……………….12分
考查方向
求三棱锥的体积
解题思路
求三棱锥的底面积和高,然后计算其体积
易错点
计算能力弱,空间立体感不强
请你谈一谈对“不同生产方式以及生产工艺中,生产物流管理所采用的方法和手段是不同的。”这句话的理解。
正确答案
测试
在正三棱柱ABC﹣A1B1C1中,AB=AA1,D、E分别是棱A1B1、AA1的中点,点F在棱AB上,且AB=4AF.
24.求证:EF∥平面BDC1;
25.求证:BC1⊥平面B1CE.
正确答案
证明:(1)取AB的中点M,
因为AB=4AF,
所以F为AM的中点,
又因为E为AA1的中点,
所以EF∥A1M,…(2分)
在正三棱柱ABC﹣A1B1C1中,D,M分别为A1B1,AB的中点,
所以A1D∥BM,且A1D=BM,
则四边形A1DBM为平行四边形,
所以A1M∥BD,
所以EF∥BD,…(5分)
又因为BD⊂平面BDC1,EF⊄平面BDC1,
所以,EF∥平面BDC1 …(7分)
解析
证明:(1)取AB的中点M,
因为AB=4AF,
所以F为AM的中点,
又因为E为AA1的中点,
所以EF∥A1M,…(2分)
在正三棱柱ABC﹣A1B1C1中,D,M分别为A1B1,AB的中点,
所以A1D∥BM,且A1D=BM,
则四边形A1DBM为平行四边形,
所以A1M∥BD,
所以EF∥BD,…(5分)
又因为BD⊂平面BDC1,EF⊄平面BDC1,
考查方向
立体集合,线面平行
解题思路
通过中位线,证明线线平行,进而证明线面平行。
易错点
无
教师点评
本题属于基础题,考察的方向比较清晰,同学们只要掌握了立体几何的基本定理就能很容易的证出本题。
正确答案
连接CE,B1E,B1C,
因为在正三角A1B1C1中,D为A1B1的中点,
所以,C1D⊥A1B1,
所以,在正三棱柱ABC﹣A1B1C1中,C1D⊥面ABB1A1,
所以,C1D⊥B1E,
因为AA1=AB,
所以,四边形ABB1A1为正方形,由D,E分别为A1B1,AA1的中点,
所以,可证得BD⊥B1E,
所以,B1E⊥面C1DB,即BC1⊥B1E,…(11分)
又因为在正方形BB1C1C中,BC1⊥B1C,所以BC1⊥面B1CE,…(14分)
如图甲,在矩形中,
分别是
的中点,
,将矩形
沿
折起,如图乙,使平面
平面
,点
是
的中点,点
在
上运动.
21.证明:;
22.若三棱锥的顶点都在体积为
的球面上,求三棱锥
的体积.
正确答案
(Ⅰ)证明:由已知EF⊥AE,EF⊥DE,
∴EF⊥平面AED.
又AB∥EF,∴AB⊥平面AED,又EM平面AED,∴EM ⊥AB,
又在等腰△AED中,M是AD中点,故EM ⊥AD,
∴EM ⊥平面ABCD,又CN平面ABCD,∴EM ⊥CN. ………………………(6分)
正确答案
(Ⅱ)解:∵三棱锥的顶点都在半径为
的球面上,
注意到△CFN,△CBN都是直角三角形,CN是斜边,
故球心为CN的中点,即.
在Rt△CFN中,,
在Rt△FBN中,,
. ……………………(12分)
如图,四边形ABCD为菱形,G为AC与BD的交点,BE⊥平面ABCD.
19.证明:平面AEC⊥平面BED;
20.若∠ABC=120°,AE⊥EC,三棱锥—ACD的体积为,求该三棱锥的侧面积
正确答案
正确答案
在如图所示的几何体中,平面平面
,
∥
,
是
的中点,
,
,
,
.
18.求证:∥平面
;
19.求证:平面
;
20.求三棱锥的体积.
正确答案
证明:设为
的中点,连结
,
,
在中,
是
的中点,
∥
,
,又因为
∥
,且
,所以
∥
,
,所以四边形
为平行四边形,所以
∥
,
因为平面
,
平面
,所以
∥平面
.
…………4分
解析
证明:设为
的中点,连结
,
,
在中,
是
的中点,
∥
,
,又因为
∥
,且
,所以
∥
,
,所以四边形
为平行四边形,所以
∥
,
因为平面
,
平面
,所以
∥平面
.
…………4分
考查方向
直线和平面平行的判定
解题思路
取AB的中点,连接FM和CM,利用三角形中位线和平行线的性质,推导出线面平行成立的条件。
易错点
证明出∥
后,在证明DF平行平面ABC时,容易忽视
平面
,
平面
这两个条件。
教师点评
本题考察学生做辅助线的能力,考查学生对三角形中位线,平行四边形的性质,以及直线与平面平行的判定定理的掌握程度。
正确答案
解:在直角三角形中,
,所以
,
因为,所以
为直角三角形,
, …………5分
已知平面平面
,平面
平面
,
又因为,所以
,
平面
,所以
,
又,所以
平面
,
因为平面
,所以
, …………7分
在中,因为
,
为
的中点,所以
,
又,所以
平面
,
由(Ⅰ)知∥
,所以
平面
. …………9分
解析
解析:在直角三角形中,
,所以
,
因为,所以
为直角三角形,
,
已知平面平面
,平面
平面
,
又因为,所以
,
平面
,所以
,
又,所以
平面
,
因为平面
,所以
在中,因为
,
为
的中点,所以
,
又,所以
平面
,
由(Ⅰ)知∥
,所以
平面
.
考查方向
直线与平面垂直的判定与性质。
解题思路
分别在三角形ABC和三角形ABE中应用勾股定理证明,根据
,和平面
平面
,平面
平面
,证明
平面
,所以
,得出
平面
,
平面
,由(Ⅰ)知
∥
,所以
平面
易错点
由,直接得出
平面
,记不住线面垂直的判定定理。
教师点评
本题难度中等,过程复杂,既考查了平面几何知识在立体几何中的灵活应用,又考察了直线和平面平行的判定和性质定理的应用。
正确答案
解:由(Ⅱ)知平面
,所以
为三棱锥
的高,
所以. …………13分
解析
解析:由(Ⅱ)知平面
,所以
为三棱锥
的高,
所以.
考查方向
棱锥的体积公式
解题思路
三棱锥可以把任何一个面作为底,顶点到底面的距离作为高。这里把三角形CDE做底,BC做高,容易计算体积。
易错点
把BCE作为三棱锥的地面,很难求出高。
教师点评
本题考察学生对三棱锥体积公式的灵活运用。
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