• 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,在多面体ABCDFE中,四边形ABCD是矩形,AB∥EF,AB=2EF,∠EAB=90°,平面ABFE⊥平面ABCD.

(1)若G点是DC中点,求证:FG∥面AED.

(2)求证:面DAF⊥面BAF.

(3)若AE=AD=1,AB=2,求三棱锥D-AFC的体积.

正确答案

解:(1)证明:如图,

∵点G是DC中点,AB=CD=2EF,AB∥EF,

∴EF∥DG且EF=DG,

∴四边形DEFG是平行四边形,

∴FG∥DE

又FG⊄面AED,ED⊂面AED,

∴FG∥面AED.

(2)证明:如图,

∵平面ABFE⊥平面ABCD,AD⊥AB,

∴AD⊥平面BAF.

又∵AD⊂面DAF,

∴面DAF⊥面BAF;

(3)解:S△AEF=•AE•EF=

∵平面ABEF⊥平面ABCD,平面ABEF∩平面ABCD=AB,∠EAB=90°,EA⊂平面ABFE

所以EA⊥平面ABCD,∵EF∥AB,又∵EF⊄平面ABCD,AB⊂平面ABCD,∴EF∥平面ABCD,

F到平面ABCD的距离为E到平面ABCD的距离EA,

∴VD-AFC=VF-ADC=•S△ADC•EA=×=

解析

解:(1)证明:如图,

∵点G是DC中点,AB=CD=2EF,AB∥EF,

∴EF∥DG且EF=DG,

∴四边形DEFG是平行四边形,

∴FG∥DE

又FG⊄面AED,ED⊂面AED,

∴FG∥面AED.

(2)证明:如图,

∵平面ABFE⊥平面ABCD,AD⊥AB,

∴AD⊥平面BAF.

又∵AD⊂面DAF,

∴面DAF⊥面BAF;

(3)解:S△AEF=•AE•EF=

∵平面ABEF⊥平面ABCD,平面ABEF∩平面ABCD=AB,∠EAB=90°,EA⊂平面ABFE

所以EA⊥平面ABCD,∵EF∥AB,又∵EF⊄平面ABCD,AB⊂平面ABCD,∴EF∥平面ABCD,

F到平面ABCD的距离为E到平面ABCD的距离EA,

∴VD-AFC=VF-ADC=•S△ADC•EA=×=

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简答题

如图,已知PA⊥矩形ABCD所在的平面,M、N分别为AB、PC的中点,∠PDA=45°,AB=2,AD=1

(1)求证:MN∥平面PAD; 

(2)求证:平面PMC⊥平面PCD;

(3)求MN与BC所成角的大小?

正确答案

(1)证明:如图,取PD的中点E,连结AE、EN

则有EN∥CD∥AM,且EN=CD=AB=MA.

∴四边形AMNE是平行四边形.

∴MN∥AE.

∵AE⊂平面PAD,MN⊄平面PAD,

∴MN∥平面PAD;

(2)证明:∵PA⊥矩形ABCD所在的平面,CD,AD⊂矩形ABCD所在的平面,

∴PA⊥CD,PA⊥AD,

∵CD⊥AD,PA∩AD=A,

∴CD⊥平面PAD,

又∵AE⊂平面PAD,

∴CD⊥AE,

∵∠PDA=45°,E为PD中点

∴AE⊥PD,

 又∵PD∩CD=D,

∴AE⊥平面PCD,

∵MN∥AE,

∴MN⊥平面PCD,

又∵MN⊂平面PMC,

∴平面PMC⊥平面PCD;                       

(3)解:∵MN∥AE,BC∥AD,

∴∠DAE为异面直线BC与MN所成的角,

∵AE⊥平面PCD

∴AE⊥DE,

,∴∠DAE=45°,

∴异面直线BC与MN所成的角为45°.

解析

(1)证明:如图,取PD的中点E,连结AE、EN

则有EN∥CD∥AM,且EN=CD=AB=MA.

∴四边形AMNE是平行四边形.

∴MN∥AE.

∵AE⊂平面PAD,MN⊄平面PAD,

∴MN∥平面PAD;

(2)证明:∵PA⊥矩形ABCD所在的平面,CD,AD⊂矩形ABCD所在的平面,

∴PA⊥CD,PA⊥AD,

∵CD⊥AD,PA∩AD=A,

∴CD⊥平面PAD,

又∵AE⊂平面PAD,

∴CD⊥AE,

∵∠PDA=45°,E为PD中点

∴AE⊥PD,

 又∵PD∩CD=D,

∴AE⊥平面PCD,

∵MN∥AE,

∴MN⊥平面PCD,

又∵MN⊂平面PMC,

∴平面PMC⊥平面PCD;                       

(3)解:∵MN∥AE,BC∥AD,

∴∠DAE为异面直线BC与MN所成的角,

∵AE⊥平面PCD

∴AE⊥DE,

,∴∠DAE=45°,

∴异面直线BC与MN所成的角为45°.

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简答题

已知四棱锥A-BCDE,其中AB=BC=AC=BE=1,CD=2,CD⊥平面ABC,BE∥CD,F为AD的中点.

(Ⅰ)求证:EF∥平面ABC;

(Ⅱ)求证:平面ADE⊥平面ACD;

(Ⅲ)求直线AE和平面BCDE所成角的正弦值.

正确答案

(Ⅰ)证明:取AC中点G,连接FG、BG,

∵F,G分别是AD,AC的中点 

∴FG∥CD,且FG=DC=1.

∵BE∥CD∴FG与BE平行且相等

∴EF∥BG.      

EF⊄面ABC,BG⊂面ABC

∴EF∥面ABC;

(Ⅱ)证明:∵△ABC为等边三角形∴BG⊥AC

又∵DC⊥面ABC,BG⊂面ABC,

∴DC⊥BG

∴BG垂直于面ADC的两条相交直线AC,DC,

∴BG⊥面ADC.                          

∵EF∥BG

∴EF⊥面ADC

∵EF⊂面ADE,∴面ADE⊥面ADC;

(Ⅲ)解:建立如图所示的坐标系,则A(0,,0),E(1,0,1),B(1,0,0),C(0,-,0)

=(1,-,1),=(-1,-,0),=(0,0,1)

设平面BCDE的法向量为=(x,y,z),则,故取=(1,-2,0)

∴直线AE和平面BCDE所成角的正弦值为||=

解析

(Ⅰ)证明:取AC中点G,连接FG、BG,

∵F,G分别是AD,AC的中点 

∴FG∥CD,且FG=DC=1.

∵BE∥CD∴FG与BE平行且相等

∴EF∥BG.      

EF⊄面ABC,BG⊂面ABC

∴EF∥面ABC;

(Ⅱ)证明:∵△ABC为等边三角形∴BG⊥AC

又∵DC⊥面ABC,BG⊂面ABC,

∴DC⊥BG

∴BG垂直于面ADC的两条相交直线AC,DC,

∴BG⊥面ADC.                          

∵EF∥BG

∴EF⊥面ADC

∵EF⊂面ADE,∴面ADE⊥面ADC;

(Ⅲ)解:建立如图所示的坐标系,则A(0,,0),E(1,0,1),B(1,0,0),C(0,-,0)

=(1,-,1),=(-1,-,0),=(0,0,1)

设平面BCDE的法向量为=(x,y,z),则,故取=(1,-2,0)

∴直线AE和平面BCDE所成角的正弦值为||=

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简答题

如图△ABC内接于圆O,G,H分别是AE,BC的中点,AB是圆O的直径,四边形DCBE为平行四边形,且DC⊥平面ABC.证明:

(1)GH∥平面ACD;

(2)平面ACD⊥平面ADE.

正确答案

解:(1)取AD中点M,连接MG、MC

∵MG是△ADE的中位线,∴MGDE

又∵平行四边形BCDE中,CHDE,

∴MG=CH,可得四边形CMGH为平行四边形,可得GH∥MC

又∵MC⊂平面ACD,GH⊄平面ACD,

∴GH∥平面ACD   …(6分)

(2)∵AB是圆的直径,∴CB⊥AC

又∵DC⊥平面ABC,CB⊂平面ABC,∴DC⊥CB,

∵AC、CD是平面ACD内的直线,∴CB⊥平面ACD,

∵DE∥BC,∴DE⊥平面ACD,

又∵DE⊂平面ADE,∴平面ACD⊥平面ADE   …(12分)

解析

解:(1)取AD中点M,连接MG、MC

∵MG是△ADE的中位线,∴MGDE

又∵平行四边形BCDE中,CHDE,

∴MG=CH,可得四边形CMGH为平行四边形,可得GH∥MC

又∵MC⊂平面ACD,GH⊄平面ACD,

∴GH∥平面ACD   …(6分)

(2)∵AB是圆的直径,∴CB⊥AC

又∵DC⊥平面ABC,CB⊂平面ABC,∴DC⊥CB,

∵AC、CD是平面ACD内的直线,∴CB⊥平面ACD,

∵DE∥BC,∴DE⊥平面ACD,

又∵DE⊂平面ADE,∴平面ACD⊥平面ADE   …(12分)

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简答题

如图,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD为平行四边形,∠ADC=45°,,O为AC中点,PO⊥平面ABCD,M为PD中点.

(Ⅰ)证明:PB∥平面ACM;

(Ⅱ)证明:平面ADP⊥平面PAC.

正确答案

证明:(Ⅰ)连接BD,由于四边形ABCD为平行四边形,

则BD交AC于AC的中点O,

在△DBP中,O为BD的中点,M为DP的中点,所以OM∥PB.(2分)

又OM⊂平面ACM,PB在平面ACM外,

所以PB∥平面ACM(5分)

(Ⅱ)在△ACD中,∠ADC=45°,

由余弦定理得,cos∠ADC==

可得AC=AD,即∠ACD=45°,所以AD⊥AC.(7分)

因为,PO⊥平面ABCD,所以,PO⊥AD,(8分)

又PO∩AC=O,所以,AD⊥平面PAC,(10分)

又AD⊂平面ADP,所以,平面ADP⊥平面PAC.(12分)

解析

证明:(Ⅰ)连接BD,由于四边形ABCD为平行四边形,

则BD交AC于AC的中点O,

在△DBP中,O为BD的中点,M为DP的中点,所以OM∥PB.(2分)

又OM⊂平面ACM,PB在平面ACM外,

所以PB∥平面ACM(5分)

(Ⅱ)在△ACD中,∠ADC=45°,

由余弦定理得,cos∠ADC==

可得AC=AD,即∠ACD=45°,所以AD⊥AC.(7分)

因为,PO⊥平面ABCD,所以,PO⊥AD,(8分)

又PO∩AC=O,所以,AD⊥平面PAC,(10分)

又AD⊂平面ADP,所以,平面ADP⊥平面PAC.(12分)

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简答题

(2015秋•松原期末)如图,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD为平行四边形,E为侧棱PA的中点.

(1)求证:PC∥平面BDE;

(2)若PC⊥PA,PD=AD,求证:平面BDE⊥平面PAB.

正确答案

证明:(1)连结AC,交BD于O,连结OE.

因为ABCD是平行四边形,所以OA=OC.…(2分)

因为E为侧棱PA的中点,所以OE∥PC.…(4分)

因为PC⊂平面BDE,OE⊂平面BDE,所以PC∥平面BDE.…(6分)

(2)因为E为PA中点,PD=AD,所以PA⊥DE.…(8分)

因为PC⊥PA,OE∥PC,所以PA⊥OE.

因为OE⊂平面BDE,DE⊂平面BDE,OE∩DE=E,

所以PA⊥平面BDE.…(12分)

因为PA⊂平面PAB,所以平面BDE⊥平面PAB.…(14分)

解析

证明:(1)连结AC,交BD于O,连结OE.

因为ABCD是平行四边形,所以OA=OC.…(2分)

因为E为侧棱PA的中点,所以OE∥PC.…(4分)

因为PC⊂平面BDE,OE⊂平面BDE,所以PC∥平面BDE.…(6分)

(2)因为E为PA中点,PD=AD,所以PA⊥DE.…(8分)

因为PC⊥PA,OE∥PC,所以PA⊥OE.

因为OE⊂平面BDE,DE⊂平面BDE,OE∩DE=E,

所以PA⊥平面BDE.…(12分)

因为PA⊂平面PAB,所以平面BDE⊥平面PAB.…(14分)

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题型:简答题
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简答题

如图1,E,F分别是矩形ABCD的边AB,CD的中点,G是EF上的一点,将△GAB,△GCD分别沿AB,CD翻折成△G1AB,△G2CD,并连接G1G2,使得平面G1AB⊥平面ABCD,G1G2∥AD,且G1G2<AD、连接BG2,如图2.

(Ⅰ)证明:平面G1AB⊥平面G1ADG2

(Ⅱ)当AB=12,BC=25,EG=8时,求直线BG2和平面G1ADG2所成的角.

正确答案

(Ⅰ)证明:因为平面G1AB⊥平面ABCD,平面G1AB∩平面ABCD=AB,G1E⊥AB,G1E⊂平面G1AB,

所以G1E⊥平面ABCD,从而G1E⊥AD、又AB⊥AD,

所以AD⊥平面G1AB、因为AD⊂平面G1ADG2,所以平面G1AB⊥平面G1ADG2

(Ⅱ)解:由(Ⅰ)可知,G1E⊥平面ABCD、故可以E为原点,分别以直线EB,EF,EG1

为x轴、y轴、z轴建立空间直角坐标系(如图),

由题设AB=12,BC=25,EG=8,则EB=6,EF=25,EG1=8,

相关各点的坐标分别是A(-6,0,0),D(-6,25,0),G1(0,0,8),B(6,0,0).

所以

是平面G1ADG2的一个法向量,

故可取

过点G2作G2O⊥平面ABCD于点O,因为G2C=G2D,所以OC=OD,

于是点O在y轴上.

因为G1G2∥AD,所以G1G2∥EF,G2O=G1E=8.

设G2(0,m,8)(0<m<25),由172=82+(25-m)2,解得m=10,

所以

设BG2和平面G1ADG2所成的角是θ,则

故直线BG2与平面G1ADG2所成的角是

解析

(Ⅰ)证明:因为平面G1AB⊥平面ABCD,平面G1AB∩平面ABCD=AB,G1E⊥AB,G1E⊂平面G1AB,

所以G1E⊥平面ABCD,从而G1E⊥AD、又AB⊥AD,

所以AD⊥平面G1AB、因为AD⊂平面G1ADG2,所以平面G1AB⊥平面G1ADG2

(Ⅱ)解:由(Ⅰ)可知,G1E⊥平面ABCD、故可以E为原点,分别以直线EB,EF,EG1

为x轴、y轴、z轴建立空间直角坐标系(如图),

由题设AB=12,BC=25,EG=8,则EB=6,EF=25,EG1=8,

相关各点的坐标分别是A(-6,0,0),D(-6,25,0),G1(0,0,8),B(6,0,0).

所以

是平面G1ADG2的一个法向量,

故可取

过点G2作G2O⊥平面ABCD于点O,因为G2C=G2D,所以OC=OD,

于是点O在y轴上.

因为G1G2∥AD,所以G1G2∥EF,G2O=G1E=8.

设G2(0,m,8)(0<m<25),由172=82+(25-m)2,解得m=10,

所以

设BG2和平面G1ADG2所成的角是θ,则

故直线BG2与平面G1ADG2所成的角是

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简答题

如图,四边形ABCD是正方形,PB⊥平面ABCD,MA⊥平面ABCD,PB=AB=2MA.求证:

(1)平面AMD∥平面BPC;

(2)平面PMD⊥平面PBD.

正确答案

证明:(1)因为PB⊥平面ABCD,MA⊥平面ABCD,所以PB∥MA.因PB⊂平面BPC,MA不在平面BPC内,所以MA∥平面BPC.同理DA∥平面BPC,因为MA⊂平面AMD,AD⊂平面AMD,MA∩AD=A,所以平面AMD∥平面BPC.(6分)

(2)连接AC,设AC∩BD=E,取PD中点F,连接EF,MF.

因ABCD为正方形,所以E为BD中点.

因为F为PD中点,所以EFPB.因为AMPB,所以AMEF.

所以AEFM为平行四边形.所以MF∥AE.因为PB⊥平面ABCD,AE⊂平面ABCD,

所以PB⊥AE.所以MF⊥PB.

因为ABCD为正方形,所以AC⊥BD.所以MF⊥BD.

所以MF⊥平面PBD.又MF⊂平面PMD.

所以平面PMD⊥平面PBD.(14分)

解析

证明:(1)因为PB⊥平面ABCD,MA⊥平面ABCD,所以PB∥MA.因PB⊂平面BPC,MA不在平面BPC内,所以MA∥平面BPC.同理DA∥平面BPC,因为MA⊂平面AMD,AD⊂平面AMD,MA∩AD=A,所以平面AMD∥平面BPC.(6分)

(2)连接AC,设AC∩BD=E,取PD中点F,连接EF,MF.

因ABCD为正方形,所以E为BD中点.

因为F为PD中点,所以EFPB.因为AMPB,所以AMEF.

所以AEFM为平行四边形.所以MF∥AE.因为PB⊥平面ABCD,AE⊂平面ABCD,

所以PB⊥AE.所以MF⊥PB.

因为ABCD为正方形,所以AC⊥BD.所以MF⊥BD.

所以MF⊥平面PBD.又MF⊂平面PMD.

所以平面PMD⊥平面PBD.(14分)

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简答题

在三棱锥S-ABC中,∠ASB=∠BSC=60°,∠ASC=90°,且SA=SB=SC,求证:平面ASC⊥平面ABC.

正确答案

证明:令SA=SB=SC=a,

由∠ASB=∠BSC=60°,∠ASC=90°,

即有AB=BC=a,AC=a,

则△ABC为直角三角形,且∠ABC=90°,

取AB的中点O,连接SO,BO,

由SA=SB,可得SO⊥AC,

由SB=a,OB=SO=a,即有SO⊥OB,

由OB∩AC=O,

可得SO⊥平面ABC,

由SO⊂平面SAC,

则平面SAC⊥平面ABC.

解析

证明:令SA=SB=SC=a,

由∠ASB=∠BSC=60°,∠ASC=90°,

即有AB=BC=a,AC=a,

则△ABC为直角三角形,且∠ABC=90°,

取AB的中点O,连接SO,BO,

由SA=SB,可得SO⊥AC,

由SB=a,OB=SO=a,即有SO⊥OB,

由OB∩AC=O,

可得SO⊥平面ABC,

由SO⊂平面SAC,

则平面SAC⊥平面ABC.

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简答题

(一、二级达标校做)

如图,在梯形ADBC中,AD∥BC,AB⊥BC,AB=BC=1,PA⊥平面ABCD,CD⊥PC,PA=

(Ⅰ) 证明:平面PAC⊥平面PCD;

(Ⅱ)若E为AD的中点,求证:CE∥平面PAB;

(Ⅲ)求四面体A-FCD的体积.

正确答案

解:(I)∵PA⊥平面ABCD,CD⊂平面ABCD

∴PA⊥CD

又CD⊥PC,PA∩PC=P.

∴CD⊥平面PAC

∵CD⊂平面PCD

∴平面PAC⊥平面PCD.

(Ⅱ)∵AD∥BC,AB⊥BC,AB=BC=1,

∴∠BAC=45°,∠CAD=45°,AC=

∵CD⊥平面PAC,CA⊂平面PAC

∴CD⊥CA,

∴Rt△ACD中,AD=AC=2

又∵E为AD的中点,

∴四边形ABCE是正方形,

∴CE∥AB

∵CE⊄平面PAB,AB⊂平面PAB

∴CE∥平面PAB.

(Ⅲ)设PC的中点为F,连AF.

在Rt△PAC中,PA=,AC=,PC=2,

∴AF⊥PC,且AF=1,

由(Ⅰ)知:平面PAC⊥平面PCD,

∵平面PAC∩平面PCD=PC

∴AF⊥平面PCD,

在Rt△PCD中,CD=,PC=2,

∴S△PCD=CD•PC=

∴VA-PCD=S△PCD•AF=•1=

解析

解:(I)∵PA⊥平面ABCD,CD⊂平面ABCD

∴PA⊥CD

又CD⊥PC,PA∩PC=P.

∴CD⊥平面PAC

∵CD⊂平面PCD

∴平面PAC⊥平面PCD.

(Ⅱ)∵AD∥BC,AB⊥BC,AB=BC=1,

∴∠BAC=45°,∠CAD=45°,AC=

∵CD⊥平面PAC,CA⊂平面PAC

∴CD⊥CA,

∴Rt△ACD中,AD=AC=2

又∵E为AD的中点,

∴四边形ABCE是正方形,

∴CE∥AB

∵CE⊄平面PAB,AB⊂平面PAB

∴CE∥平面PAB.

(Ⅲ)设PC的中点为F,连AF.

在Rt△PAC中,PA=,AC=,PC=2,

∴AF⊥PC,且AF=1,

由(Ⅰ)知:平面PAC⊥平面PCD,

∵平面PAC∩平面PCD=PC

∴AF⊥平面PCD,

在Rt△PCD中,CD=,PC=2,

∴S△PCD=CD•PC=

∴VA-PCD=S△PCD•AF=•1=

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