- 立体几何与空间向量
- 共3353题
如图,在△ABC中,AB=3,AC=5,若O为△ABC的外心,则的值是(( )
正确答案
解析
由于O为△ABC的外心,所以.
.。所以
.故选B.
知识点
从装有2只红球,2只白球和1只黑球的袋中逐一取球,已知每只球被抽取的可能性相同。
(1)若抽取后又放回,抽3次,①分别求恰2次为红球的概率及抽全三种颜色球的概率;②求抽到红球次数的数学期望。
(2)若抽取后不放回,抽完红球所需次数为的分布列及期望。
正确答案
见解析。
解析
(1)抽1次得到红球的概率为,得白球的概率为
得黑球的概率为
① 所以恰2次为红色球的概率为 …………2分
抽全三种颜色的概率 …………4分
② ~B(3,
),
…………6分
(2)的可能取值为2,3,4,5
,
,…………8分
,
……10分
即分布列为:
…………11分
…………13分
知识点
如图,在正三棱柱中,
,
是
的延长线上一点,过
三点的平面交
于
,交
于
(1)求证:平面
;
(2)当平面平面
时,求三棱台
的体积.
正确答案
见解析。
解析
(1)因为,
在平面
外,
所以平面
;
是平面
与平面
的交线,所以
,
故;
而在平面
外,所以
∥平面
(2)解法一:取中点
、
中点
则由
∥
知
在同一平面上
,并且由
知
而与(1)同理可证
平行于平面
与平面
的交线,因此,
也垂直于该交线,但平面
平面
,所以
平面
,
于是,∽
,
设,则
从而
解法二:如图,取中点
、
中点
. 以
为原点,
为轴、
为轴、
为轴建立空间直角坐标系.
则在平面中,
,向量
设平面的法向量
,则由
即
得
在平面中,
,向量
设平面的法向量
,由
,得
平面平面
,
,即
∵,∴
从而
知识点
某几何体的三视图如图所示,其中正视图由直径为2的半圆和等边三角形构成,则该几何体的体积为( )。
正确答案
解析
由三视图知,该几何体由半球和正四棱锥组成,其中正四棱锥底面边长为,高为
,所以该几何体体积为
,选C.
知识点
如图所示,在边长为的正方形
中,点
在线段
上,且
,
,作
//
,分别交
,
于点
,
,作
//
,分别交
,
于点
,
,将该正方形沿
,
折叠,使得
与
重合,构成如图所示的三棱柱
。
(1)求证:平面
;
(2)若点E为四边形BCQP内一动点,且二面角E-AP-Q的余弦值为,求|BE|的最小值.
正确答案
(1)参考解析;(2)
解析
(1)依题意可得.即翻折后的
.所以由
.可得
.又因为
,所以可得:
平面
.
(2)依题意建立空间直角坐标系,由平面APQ写出其法向量.假设点E(m,n,0),根据平面APE写出其法向量.再由二面角E-AP-Q的余弦值为,可得到关于m,n的方程m+2n-6=0.再由点B到直线的距离公式即可得到结论.
(1)在正方形中,因为
,
所以三棱柱的底面三角形
的边
。
因为,
,所以
,所以
。
因为四边形为正方形,
,所以
,而
,
所以平面
。----------- 4分
(2)因为,
,
两两互相垂直,以
为原点,建立如图所示的空间直角坐标系
,
则,
,
,
,
,
所以,
,
设平面的一个法向量为
。
则由,即
令
,
则,所以
。
设点E(m,n,0),
.由
得:m+2n-6=0
所以|BE|的最小值为点B到线段: m+2n-6=0 的距离------- 13分
知识点
如图,四面体ABCD中,O、E分别是BD、BC的中点,
(1)求证:平面BCD;
(2)求异面直线AB与CD所成角的大小;
(3)求点E到平面ACD的距离。
正确答案
见解析。
解析
(1)证明:连结OC
在中,由已知可得
而
即
平面
(2)解:取AC的中点M,连结OM、ME、OE,由E为BC的中点知
直线OE与EM所成的锐角就是异面直线AB与CD所成的角
在中,
是直角
斜边AC上的中线,
异面直线AB与CD所成角的大小为
(3)解:设点E到平面ACD的距离为
在
中,
而
点E到平面ACD的距离为
方法二:
(1)同方法一。
(2)解:以O为原点,如图建立空间直角坐标系,则
异面直线AB与CD所成角的大小为
(3)解:设平面ACD的法向量为则
令得
是平面ACD的一个法向量。
又
点E到平面ACD的距离
知识点
直线与
在区间
上截曲线
所得的弦长相等且不为零,则下列描述正确的是( )
正确答案
解析
由
得
所以
刚好为一个周期区间,由函数的周期性可设直线y=5在点
,
截曲线的弦长与直线y=-1在点
,
截曲线的弦长相等可得到方程
解得n=2.又直线y=5截曲线的弦长与直线y=-1截曲线的弦长相等且不为0,则可得m>3.故选D
知识点
已知一个几何体是由上下两部分构成的组合体,其三视图如右图所示,若图中圆的半径为1,等腰三角形的腰长为,则该几何体的体积是 。
正确答案
解析
由三视图可得原图形是由三菱锥和半球组成的几何体,由题可得半球的体积为 三菱锥的体积为
所以该几何体的体积为
+
=
知识点
如图1,直角梯形中,
,
分别为边
和
上的点,且
,
,将四边形
沿
折起成如图2的位置,使
。
(1)求证:平面
;
(2)求平面与平面
所成锐角的余弦值。
正确答案
见解析。
解析
(1)取DE中点G,连接FG,AG,CG.
CFDG,所以FG∥CD
CGAB, ,所以AG∥BC. 所以 平面AFG∥平面CBD
所以 AF∥平面CBD
(另法:取BD中点M,设AFJ交BE于N,连CM,MN,证明CM平行FN)
(2)如图以中点为原点,
为
轴建立如图所示的空间直角坐标系,则
,
,
,
所以的中点坐标为
因为
,所以
易知是平面
的一个法向量,
设平面的一个法向量为
由
令则
,
,
所以面与面
所成角的余弦值为
知识点
如图,在三棱锥中,
底面
,
,
为
的中点,
为
的中点,
,
.
(1)求证:平面
;
(2)求与平面
成角的正弦值;
(3)设点在线段
上,且
,
平面
,
求实数的值.
正确答案
见解析。
解析
(1)证明:因为 底面
,
底面
,
所以 , ………… 1分
又因为 ,
, 所以
平面
,………… 2分
又因为 平面
, 所以
. ……… 3分
因为 是
中点,所以
,
又因为 ,所以
平面
. …………… 5分
(2)解:在平面中,过点
作
因为 平面
,所以
平面
,
由 底面
,得
,
,
两两垂直,
所以以为原点,
,
,
所在直线分别为x轴,y轴,z轴如图建立空间直角坐标系,则
,
,
,
,
,
设平面的法向量为
, 因为
,
,
由 得
令
,得
.………… 7分
设与平面
成角为
, 因为
,
所以 ,
即 . …… 9分
(3)解:因为 ,
, 所以
,
又因为 ,所以
. … 11分
因为 平面
,平面
的法向量
,
所以 , 解得
. ……… 13分
知识点
已知为坐标原点,直线
与圆
分别交于
两点,若
,则实数
的值为( )。
正确答案
解析
方法1,设,将直线方程代入圆的方程得
,则
,
,即
,即
,选C.
方法2,,即
,问题等价于圆心到直线的距离等于半径的一半,即
,故
,选C
知识点
已知,
分别是平面内互相垂直的两个单位向量,设向量
与
,
的夹角分别为
,
,则
的值等于________。
正确答案
1
解析
因为,
,所以
,填
。
知识点
如图,在三棱柱中,侧棱
底面
,
,
,
是棱
的中点,
是
的延长线与
的延长线的交点。
(1)求证:平面
;
(2)求二面角的平面角的余弦值;
(3)在直线上是否存在一点
,使得
平面
,若存在,求出
点坐标,若不存在请说明理由。
正确答案
见解析。
解析
本小题主要考查直线与平面平行,二面角等基础知识;考查空间想象能力,运算能力和推理论证能力;考查数形结合思想,化归与转化思想等,满分13分。
(1)证明:连接,设
,连接
,
因为,
,
所以,所以
。
又因为,所以
,
又平面
,
平面
,所以
平面
。 ……4分
(2)如图,以为原点,
、
、
所在直线分别为
轴建立空间直角坐标系,则由已知得
,
,
,
,
,
,设平面
的一个法向量为
,
则取
,得
;
又为平面
的一个法向量,
所以,
故二面角的平面角的余弦值为
。 ……8分
(3)设存在,使得
平面
,且
,
则,由
平面
知,
也是平面
的法向量,这样
与
共线,于是有
成立,但此方程关于λ无解。
故在直线上不存在一点
,使得
平面
。 ……13分
知识点
如图,在直三棱柱中,
,
,
分别为
,
的中点,四边形
是边长为
的正方形。
(1)求证:平面
;
(2)求二面角的余弦值。
正确答案
见解析
解析
(1)证明:在直三棱柱中,
平面
,又
平面
, 所以
。
因为,
为
中点, 所以
,又
,
所以平面
。
又平面
,所以
。
因为四边形为正方形,
,
分别为
,
的中点,
所以△
≌
△
,
,
所以。
所以,又
,
所以平面
,
(2)解:如图,以的中点
为原点,建立空间直角坐标系, 则
。
由(2)知平面
,所以
为平面
的一个法向量。
设为平面
的一个法向量,
,
。
由可得
令,则
。
所以,从而
。
因为二面角为锐角,
所以二面角的余弦值为
,
知识点
如图,的外接圆⊙
的半径为
,CD
圆O所在的平面,BE//CD,CD=4,BC=2,且BE=1,
。
(1)求证:平面ADC平面BCDE;
(2)试问线段DE上是否存在点M,使得直线AM与平面ACD所成角的正弦值为?若存在,确定点M的位置,若不存在,请说明理由。
正确答案
见解析。
解析
(1)∵CD ⊥平面ABC,BE//CD∴ BE⊥平面ABC,∴BE⊥AB
∴ ∵BE=1 ∴
,
从而
∵⊙的半径为
,∴AB是直径,∴AC⊥BC
又∵CD ⊥平面ABC,∴CD⊥BC,故BC⊥平面ACD
平面BCDE,∴平面ADC
平面BCDE
(2)方法一:
假设点M存在,过点M作MN⊥CD于N,连结AN,作MF⊥CB于F,连结AF
∵平面ADC平面BCDE,∴MN⊥平面ACD,∴∠MAN为MA与平面ACD所成的角
设MN=x,计算易得,DN=,MF=
故
解得:
(舍去)
故,从而满足条件的点
存在,且
方法二:建立如图所示空间直角坐标系C—xyz,则:A(4,0,0),B(0,2,0),D(0,0,4),E(0,2,1),O(0,0,0),则
易知平面ABC的法向量为,假设M点存在,设
,则
, 再设
,即
,从而
设直线BM与平面ABD所成的角为,则:
解得, 其中
应舍去,而
故满足条件的点M存在,且点M的坐标为
知识点
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