- 立体几何与空间向量
- 共2637题
设为实数,首项为
,公差为
的等差数列
的前
项和为
,满足
,
(1)若=5,求
及a1;
(2)求的取值范围,
正确答案
见解析。
解析
(1)由题意知
解得: 所以
……………………6分
(2)即
故
(或)所以
所以
即d的取值范围是
……………………12分
知识点
如图所示,PA⊥平面ABCD,ABCD是矩形,AB = 1,AD=,点F是PB的中点,点E在边BC上移动.
(1)若PA=1,求证:AFPC;
(2)若二面角P-BC-A的大小为,则CE为何值时,三棱锥F-ACE的体积为
?
正确答案
见解析
解析
(1)证明:,
为PB中点,
∴ 1分
又⊥平面
,∴
2分
又是矩形,∴
3分
∴,而
4分
∴,∴
5分
而,∴
6分
(2)由(1)知:且
7分
∴为二面角
的一个平面角,则
=60° 8分
∴ 9分
∴,解得
11分
即时,三棱锥
的体积为
12分
知识点
已知四棱锥E﹣ABCD的底面为菱形,且∠ABC=60°,AB=EC=2,,O为AB的中点。
(1)求证:EO⊥平面ABCD;
(2)求点D到面AEC的距离。
正确答案
见解析
解析
(1)证明:连接CO
∵
∴△AEB为等腰直角三角形
∵O为AB的中点,∴EO⊥AB,EO=1…(2分)
又∵AB=BC,∠ABC=60°,∴△ACB是等边三角形
∴,…(4分)
又EC=2,∴EC2=EO2+CO2,
∴EO⊥CO,
∵AB∩CO=O
∴EO⊥平面ABCD…(6分)
(2)解:设点D到面AEC的距离为h
∵
∴…(8分)
∵,E到面ACB的距离EO=1,VD﹣AEC=VE﹣ADC∴S△AEC•h=S△ADC•EO…(10分)
∴
∴点D到面AEC的距离为…(12分)
知识点
如图,三棱柱ABC-A1B1C1中,平面ABB1A1⊥底面ABC,,∠A1AB=120°,D、E分别是BC、A1C1的中点。
(1)试在棱AB上找一点F,使DE∥平面A1CF;
(2)在(1)的条件下,求多面体BCF-A1B1C1的体积。
正确答案
见解析。
解析
(1)F是AB的中点,证明如下:
连结DF,又因为D、E分别是BC、A1C1的中点,
所以DF∥=AC,又AC∥=A1C1,且A1E=
A1C1,
则DF∥=A1E,故四边形A1FDE是平行四边形,
所以DE∥A1F,又A1F平面A1CF,DE平面A1CF,
所以DE∥平面A1CF。
(2)连结AB1,在△AA1B1中,∠AA1B1=60°,A1A=2,A1B1=1,
根据余弦定理,,
则,所以A1B1⊥AB1,
由(1)知,F是AB的中点,则CF⊥AB,面ABB1A1⊥面ABC,
所以AB1⊥底面ABC,即AB1是三棱柱ABC-A1B1C1的高。
=
,
V三棱锥=
,
所以多面体BCF-A1B1C1的体积。
知识点
如图,直三棱柱中,
,
,
是
的中点,△
是等腰三角形,
为
的中点,
为
上一点。
(1)若∥平面
,求
;
(2)平面将三棱柱
分成两个部分,求较小部分与较大部分的体积之比。
正确答案
(1) (2)
解析
(1)解析:取中点为
,连结
,………1分
∵分别为
中点
∴∥
∥
,
∴四点共面, ………3分
且平面平面
又平面
,且
∥平面
∴∥
∵为
的中点,
∴是
的中点, ………5分
∴, ………6分
(2)因为三棱柱为直三棱柱,∴
平面
,
又,则
平面
设,又三角形
是等腰三角形,所以
.
如图,将几何体补成三棱柱
∴几何体的体积为:
………9分
又直三棱柱体积为:
………11分
故剩余的几何体棱台的体积为:
∴较小部分的体积与较大部分体积之比为:, ………12分
知识点
如图,在四棱锥P﹣ABCD中,PA=PB=PD=AB=BC=CD=DA=DB=2,E为的PC中点。
(1)求证:PA∥平面BDE;
(2)求证:平面PBC⊥平面PDC。
正确答案
见解析。
解析
(1)
连接AC交BD于O,连接EO,PO。
∵四边形ABCD是菱形,∴O是AC中点,
又E为PC中点,∴PA∥EO。
又EO⊂面BDE,PA⊄面BDE,
∴PA∥平面BDE。
(2)在△PAC中,易得,
∴∠APC=90°,∴,
∴PD2+DC2=PC2,∴∠PDC=90°,在△PDC中可求得,
同理在△PBC中可求得,
∴在△BDE中可得∠BED=90°,即BE⊥DE。
又PB=BC,E为PC中点,∴BE⊥PC。
又PC∩DE=E,
∴BE⊥面PDC,又BE⊂面PBC,
∴平面PBC⊥平面PDC。
知识点
如图所示,直角梯形ACDE与等腰直角△ABC所在平面互相垂直,F为BC的中点,,AE∥CD,DC=AC=2AE=2.
(1)求证:平面BCD平面ABC
(2)求证:AF∥平面BDE;
(3)求四面体B-CDE的体积.
正确答案
见解析。
解析
(1)∵面ABC面ACDE,面ABC
面ACDE=AC,CD
AC,
∴DC面ABC,………………………………………………2分
又∵DC
面BCD,∴平面BCD
平面ABC. ………………4分
(2)取BD的中点P,连结EP、FP,则PF
DC,
又∵EADC,
∴EA
PF,……………………………6分
∴四边形AFPE是平行四边形,∴AF∥EP,
又∵EP面BDE,∴AF∥面BDE.…………………8分
(3)∵BAAC,面ABC
面ACDE=AC,∴BA
面ACDE.
∴BA就是四面体B-CDE的高,且BA=2. ……………10分
∵DC=AC=2AE=2,AE∥CD,
∴
∴ ∴
………………………12分
知识点
已知某几何体的三视图如图所示,其中俯视图是边长为2的正三角形,侧视图是直角三角形,则此几何体的体积为________ 。
正确答案
解析
知识点
在等腰梯形(见图1)中,
,
,
,垂足为
,将
沿AD折起,使得,得到四棱锥
(见图2),在
图2中完成下面问题:
(1)证明:平面平面PCD;
(2)在线段上是否存在一点
,使
平面
.若存在,请给出证明;
若不存在,请说明理由.
正确答案
见解析。
解析
(1)∵在图1的等腰梯形中,
,
∴所以在四棱锥中,
,
又,且
,∴
,
,
而平面
,
平面
,
,
∴平面
.∵
平面
,
∴平面平面
.
(2)当时,有
平面
。
证明:在梯形中,连结
、
交于点
,
连结.易知
∽
,所以
.
又,所以
,所以在平面
中,有
。
又因为平面
,
平面
,所以
平面
.
知识点
如图,在四棱锥P-ABCD中,∠ABC=∠ACD=90°,∠BAC=∠CAD=60°,PA⊥平面ABCD,E为PD的中点,PA = 2AB = 2。
(1) 求证:CE∥平面PAB
(2)求四面体PACE的体积
正确答案
见解析。
解析
(1)法一: 取AD得中点M,连接EM,CM.
则EM//PA ……………………………1分
因为
所以, ……………………… 2分
在中,
所以,
而,所以,MC//AB. ……………………… 3分
因为
所以, ……………………… 4分
又因为
所以,
因为 …… 6分
法二: 延长DC,AB,交于N点,连接PN. ……1分
因为
所以,C为ND的中点. ………………………3分
因为E为PD的中点,所以,EC//PN
因为
………………………6分
(2)法一:由已知条件有;AC=2AB=2,AD=2AC=4,CD=………… 7分
因为,,所以,
……………… 8分
又因为
所以, ………………………10分
因为E是PD的中点
所以点E平面PAC的距离 ,
所以,四面体PACE的体积 ……12分
法二:由已知条件有;AC=2AB=2,AD=2AC=4,CD=
因为,
所以, ……………… 10分
因为E是PD的中点
所以,四面体PACE的体积 ……………… 12分
知识点
如图,四棱锥P-ABCD的底面是正方形,PD⊥底面ABCD,点E在棱PB上。
(1)求证:平面AEC⊥平面PDB;
(2)当PD= AB且E为PB的中点时,求AE与平面PDB所成的角的大小。
正确答案
见解析
解析
(1)证明:∵四边形ABCD是正方形,∴AC⊥BD,
∵PD⊥底面ABCD,
∴PD⊥AC,∴AC⊥平面PDB,
∴平面AEC⊥平面PDB。
(2)解法1:设AC∩BD=O,连接OE,
由(1)知AC⊥平面PDB于O,
∴∠AEO为AE与平面PDB所的角,
∴O,E分别为DB、PB的中点,
∴OE∥PD,OE=PD,
又∵PD⊥底面ABCD,
∴OE⊥底面ABCD,OE⊥AO,
在Rt△AOE中,OE= PD
PD=AB=AO,
∴∠AEO=45°,即AE与平面PDB所成的角的大小为45°,此题还有一种解法:
解法2:连接DE,∵底面是正方形,∴AD⊥DC,又∵PD⊥底面ABCD,∴AD⊥PD,AD⊥平面PDB,即∠AED就是AE与平面PDB所成的角. ∵AD=AB,DE=PB(∵PD⊥DB,∴三角形PDB是直角三角形, DE是钭边PB上的中线,∴钭边上中线等于钭边的一半),在Rt△PDB中,
DE=PB=AB
∴
∴
知识点
已知E,F分别是矩形ABCD的边AD,BC上的点,AB= 2, AD = 5.AE=1,BF=3现将四边形AEFB沿EF折成四边形,,使DF
F
(1)求证:平面CDEF
(2)求二面角-FC-E的大小
正确答案
见解析
解析
(1)证明:∵
∴,即
又∵
∴ ∴
平面
∴平面⊥平面
(2)解:过作
于
由(I)可知平面⊥平面
又∵平面平面
∴平面
∴
过作
,交
延长线于点
,连结
∴平面
∴
∴为二面角
的平面角
∵,
,
∴
又∵,
∴
∴
即二面角的正切值为
,
知识点
如图,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD为平行四边形,∠ADC=45°,AD=AC=1,O为AC中点,PO⊥平面ABCD,M为PD中点。
(1)证明:PB∥平面ACM;
(2)证明:AD⊥平面PAC;
(3)证明:平面PAD⊥平面PAC。
正确答案
见解析
解析
(1)连MO,BD,BD∩AC=O
∵O为AC中点,M为PD中点
∴MO∥PB
∵PB⊄平面ACM,MO⊂平面ACM
∴PB∥平面ACM;
(2)∵∠ADC=45°,AD=AC,∴AD⊥AC,
∵PO⊥平面ABCD,∴AD⊥PO,∵PO∩AC=O
∴AD⊥平面PAC;
(3)∵AD⊥平面PAC,AD⊂平面PAD
∴平面PAD⊥平面PAC。
知识点
如图,四棱锥P-ABCD中,PB⊥底面ABCD,CD⊥PD,底面ABCD为直角梯形,AD平行BC,AB=AD=PB=3,点E在棱PA上, 且PE=2EA,。
求异面直线PA与CD所成的角.(不要向量的方法)
正确答案
解析
解析:取BD的中点为F
∵AB=AD、F∈BD且BF=DF,∴AF⊥BD,又CD⊥BD,∴AF∥CD,
∴∠PAF=PA、CD所成的角。
∵梯形ABCD是直角梯形,又CD⊥BD、AD∥BC,∴AB⊥BC、AB⊥AD.
∵AB⊥AD、AB=AD=3,∴BD=3√2.
∵AB⊥AD、BF=DF,∴AF=BD/2=3√2/2.
∵PB⊥平面ABCD,∴AB⊥PB,又AB=PB=3,∴PA=3√2,∴PA=2BD.
∵PB⊥平面ABCD,∴AF⊥PB,又AF⊥BD、PB∩BD=B,∴AF⊥平面PBD,∴AF⊥PF
由AF⊥PF、PA=2BD,得:∠PAF=60°。
∴PA、CD所成的角为60°。
知识点
已知四棱柱中,
,
,
,
.
(1)求证:;
(2)求四面体的体积。
正确答案
见解析。
解析
(1)由四边形是正方形,所以
.又
平面
,
,所以
,而
,所以
平面
,
.又
,所以
平面
,从而
. (6分)
(2)设所给四棱柱的体积为V,则,又三棱锥
的体积等于三棱锥
的体积,记为
,三棱锥
的体积又等于三棱锥
的体积,记为
.而
,
,所以所求四面体的体积为
. (12分)
知识点
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