• 直线、平面平行的判定及其性质
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题型:简答题
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简答题

如图,ABCD是正方形,O是正方形的中心, PO⊥底面ABCD,E是PC的中点.求证:

(1)PA//平面BDE;

(2)平面PAC⊥平面BDE;

(3)若PO=1,AB=2,求异面直线OE与AD所成角的余弦值。

正确答案

(1)证明:连接AC、OE,AC∩BD=O,

在△PAC中,∵E为PC中点,O为AC中点,

∴PA∥EO,

又∵EO平面EBD ,PA平面EBD,

∴PA∥面BDE。

(2)证明:∵PO⊥底面ABCD,

∴PO⊥BD,

又∵BD⊥AC,

∴BD⊥平面PAC,

又BD平面BDE,

∴平面PAC⊥平面BDE。

(3)解:由(1)知,PA∥EO,

∴∠PAD为异面直线OE 与AD所成角,

∵O是正方形的中心,PO⊥底面ABCD,

∴PD==

PA==

∴在△APD中,PA=PD,△APD是等腰三角形,

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简答题

如图,四棱锥P﹣ABCD的底面为矩形,且AB=,BC=1,E,F分别为AB,PC中点.

(1)求证:EF∥平面PAD;

(2)若平面PAC⊥平面ABCD,求证:平面PAC⊥平面PDE.

正确答案

证明:(1)取线段PD的中点M,连接FM,AM.

因为F为PC的中点,

所以FM∥CD,且FM=CD.

因为四边形ABCD为矩形,E为AB的中点,

所以EA∥CD,且EA=CD.

所以FM∥EA,且FM=EA.

所以四边形AEFM为平行四边形.

所以EF∥AM.            

又AM平面PAD,EF平面PAD,

所以EF∥平面PAD.

(2)设AC,DE相交于G.

在矩形ABCD中,因为AB=BC,E为AB的中点.

所以==

又∠DAE=∠CDA,

所以△DAE∽△CDA,

所以∠ADE=∠DCA.

又∠ADE+∠CDE=∠ADC=90°,

所以∠DCA+∠CDE=90°.

由△DGC的内角和为180°,得∠DGC=90°.即DE⊥AC.  

因为平面PAC⊥平面ABCD

因为DE平面ABCD,

所以DE⊥平面PAC,

又DE平面PDE,

所以平面PAC⊥平面PDE.

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简答题

如图,在四棱锥P﹣ABCD中,底面ABCD是正方形,侧棱PD⊥底面ABCD,PD=DC=2,E是PC的中点,作EF⊥PB交PB于点F.

(1)证明:PA∥平面EDB;

(2)证明:PB⊥平面EFD.  

正确答案

解:(1)证明:连接AC,AC交BD于O.连接EO.

∵底面ABCD是正方形,

∴点O是AC的中点.

∴在△PAC中,EO是中位线,

∴PA∥EO,

∵EO平面EDB,且PA平面EDB,

∴PA∥平面EDB.

(2)证明:∵PD⊥底面ABCD,且DC底面ABCD,

∴PD⊥DC.

∵底面ABCD是正方形,

∴DC⊥BC, ∴BC⊥平面PDC.

∵DE平面PDC,∴BC⊥DE.

又∵PD=DC,E是PC的中点,

∴DE⊥PC.∴DE⊥平面PBC.

∵PB平面PBC,∴DE⊥PB.

又∵EF⊥PB,且DE∩EF=E,

∴PB⊥平面EFD.  

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简答题

如图,在△ABC中,∠ABC=45°,∠BAC=90°,AD是BC上的高,沿AD把△ABD折起,使

∠BDC=90°.

(1)若E,F分别为 AB,AC的中点,求证:EF∥平面BDC;

(2)证明:平面ADB⊥平面BDC;

(3 )设BD=1,求三棱锥D﹣ABC的表面积.

正确答案

解:(1)在右图中,因为△ABC中,E、F分别为 AB、AC的中点,.

∴EF∥BC

∵EF平面BDC,BC平面BDC,

∴EF∥平面BDC;

(2)∵左图中,AD是等腰Rt△ABC斜边BC的中线

∴CD⊥AD,在右图中依然成立

又∵右图中,CD⊥BD,AD、BD是平面ABD内的相交直线

∴CD⊥平面ADB

∵CD平面BDC,

∴平面ADB⊥平面BDC;

(3)由(2)知,AD、BD、CD两两垂直

∵BD=1,

∴AD=BD=CD=1

∴三角形ADC的面积S△ADC×AD×CD= ,

同理可得S△BDC=S△ABD

∵Rt△ADC中,AC= ,

同理可得AB=BC= 

∴△ABC是边长为 的等边三角形,

面积为S△ABC= = 

由此可得三棱锥D﹣ABC的表面积为:S△ADC+S△BDC+S△ABD+S△ABC= .  

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简答题

如图,已知AB⊥平面ACD,DE∥AB,AD=AC=DE=2AB=2,且F是CD的中点,

(1)求证:AF∥平面BCE;

(2)求证:平面BCE⊥平面CDE;

(3)求此多面体的体积.

正确答案

解:(1)证明:取CE中点P,连接FP、BP,

∵EF∥DE,且FP=1

又AB∥DE,且AB=1,

∴AB∥FP,且AB=FP,

∴ABPF为平行四边形,

∴AF∥BP.

又∵AF?平面BCE,BP?平面BCE,

∴AF∥平面BCE

(2)证明:∵AD=AC,F是CD的中点,

所以△ACD为正三角形,

∴AF⊥CD

∵AB⊥平面ACD,DE∥AB

∴DE⊥平面ACD又AF⊥平面ACD

∴DE⊥AF

又AF⊥CD,CD∩ DE=D

∴AF⊥平面CDE(6分)

又BP∥AF,

∴BP⊥ 平面CDE

又∵BP平面BCE

∴平面BCE⊥平面CDE

(3)此多面体是以C为顶点,以四边形ABED为底边的四棱锥,等边三角形AD边上的高就是四棱锥的高

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简答题

如图,在底面是矩形的四棱锥P-ABCD中,PA⊥ABCD,E,F分别是PC,PD的中点,PA=PB=1,BC=2。

(1)求证:EF∥平面PAB;

(2)求证:平面PAD⊥平面PDC;

(3)求二面角A-PD-B的余弦值。

正确答案

解:以A为原点,AB所在直线为x轴,AD所在直线y为轴,

AP所在直线为z轴,建立空间直角坐标系,则

(1)∵

平面PAB,平面PAB

∥平面PAB。

(2)

平面PAD

平面PDC

∴平面PAD⊥平面PDC。

(3)设平面PBD的一个法向量

,即

解得平面APC的一个法向量

而平面APD的一个法向量是

设二面角为θ

即二面角的余弦值为

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简答题

如图,在平行四边形ABCD中,AB=2BC=4,∠ABC=120°,E为AB的中点,将△ADE沿直线DE翻折成△A′DE,F为A′C的中点,A′C=4,

(Ⅰ)求证:平面A′DE⊥平面BCD;

(Ⅱ)求证:BF∥平面A′DE。

正确答案

证明:(Ⅰ)由题意得△A′DE是△ADE沿DE翻转而成,

所以△A′DE≌△ADE,

∵∠ABC=120°,四边形ABCD是平行四边形,

∴∠A=60°,

又∵AD=AE=2,

∴△A′DE和△ADE都是等边三角形,

∵M是DE的中点,

∴A′M⊥DE,A′M

由∵在△DMC中,MC2=42+12-2×4×1·cos60°,

在△A′MC中,A′M2+MC2=

∴△A′MC是直角三角形,

∴A′M⊥MC,

又∵A′M⊥DE,MC∩DE=M,

∴A′M⊥平面ABCD,

又∵A′M平面A′DE,

∴平面A′DE⊥平面BCD;

(Ⅱ)选取DC的中点N,连接FN,NB,

∵A′C= DC=4,F,N点分别是A′C,DC中点,

∴FN∥A′D,

又∵N,E点分别是平行四边形ABCD的DC,AB的中点,

∴BN∥DE,

又∵A′D∩DE=D,FN∩NB=N,

∴平面A′DE∥平面FNB,

∵FB平面FNB,

∴FB∥平面A′DE。

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简答题

如图,在四棱锥P-ABCD中,侧面PAD⊥底面ABCD,侧棱PA⊥PD,底面ABCD是直角梯形,其中BC∥AD,∠BAD=90°,AD=3BC,O是AD上一点.

(1)若CD∥平面PBO,试确定点O的位置;

(2)求证平面PAB⊥平面PCD

正确答案

(Ⅰ)解:因为CD∥平面PBO,CD平面ABCD,且平面ABCD∩平面PBO=BO,

所以 BO∥CD又 BC∥AD,

所以四边形BCDO为平行四边形,则BC=DO,

而AD=3BC,

故点O的位置满足AO=2OD.

(Ⅱ)证:因为侧面PAD⊥底面ABCD,AB底面ABCD,且AB⊥交线AD,

所以AB⊥平面PAD,则AB⊥PD又PA⊥PD,

且PA平面PAB,AB平面PAB,AB∩PA=A,

所以PD⊥平面PAB,PD平面PCD,

所以:平面AB⊥平面PCD.

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简答题

如图,在直三棱柱ABC﹣A1B1C1中,点D、E分别在边BC、B1C1上,CD=B1E=AC,∠ACD=60°.求证:

(1)BE∥平面AC1D;

(2)平面ADC1⊥平面BCC1B1

正确答案

证明:∵三棱柱ABC﹣A1B1C1是直三棱柱,

∴BC∥B1C1

∵点D、E分别在边BC、B1C1上,CD=B1E,

∴BD=C1E,BD∥C1E,

∴四边形BDC1E是平行四边形,

∴BE∥C1D,

又C1D平面AC1D,BE平面AC1D,

∴BE∥平面AC1D;

(2)由三棱柱ABC﹣A1B1C1中是直三棱柱

得,CC1⊥平面ABC,

∵AD平面ABC,

∴AD⊥CC1,①

在△ACD中,CD= AC,∠ACD=60°,

由余弦定理得:AD= = AC,

∴AD2+CD2=AC2

∴∠ADC=90°即AD⊥BC,②

∵BC平面BCC1B1,CC1平面BCC1B1,BC∩CC1=C,③

∴由①②③得:AD⊥平面BCC1B1

∵AD平面ADC1

∴平面ADC1⊥平面BCC1B1

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简答题

如图,已知直三棱柱ABC﹣A1B1C1中,AB=AC;M,N,P分别是棱BC,CC1,B1C1的中点,

(Ⅰ)求证:PQ∥平面ANB1

(Ⅱ)求证:平面AMN⊥平面AMB1

正确答案

证明:(Ⅰ)取B1N中点S连PS则PS∥CC1,QA∥CC1∴PS∥QA,且PS=CC1=QA

∴PSAQ为平行四边形,

∴PQ∥AS,又PQ平面ANB1,AS平面ANB1

∴PQ∥平面ANB1

(Ⅱ)∵AB=AC,M是棱BC的中点,

∴AM⊥BC

又三棱柱为直三棱柱,

∴CC1⊥平面ABC,CC1⊥AM

∴AM⊥平面CBB1C1,AM⊥MN

在直角△CMN和△BMB1中,

直角△CMN∽直角△BB1M

∴MN⊥MB1又AM∩MB1=M,

∴MNβ平面AMB1

∴平面AMN⊥平面AMB1

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