- 立体几何与空间向量
- 共2637题
如图,在直角梯形ABEF中,BE∥AF,∠FAB=90°,CD∥AB,将DCEF沿CD折起,使∠FDA=60°,得到一个空间几何体。
(1)求证:BE∥平面ADF;
(2)求证:AF⊥平面ABCD;
(3)求三棱锥E-BCD的体积。
正确答案
见解析。
解析
(1)
由已知条件可知,折叠之后平行关系不变,又因为
平面
,
平面
,所以
//平面
;
同理//平面
.
又平面
,
平面
//平面
.
又平面
,
∴//平面
.
(2)由于
,即
.
平面
,
平面
.
(3)法一:平面
,
.
又,
.
法二:取中点
,连接
.
由(2)易知⊥平面
,又平面
//平面
,
⊥平面
.
又,
.
,
,
.
.
知识点
如图,在四棱锥中,底面
是正方形,△
是正三角形,平面
平面
,
和
分别是
和
的中点。
(1)求证:;
(2)求证:平面平面
;
(3)在上是否存在点
,使得平面
∥平面
,若存在求出
点位置,并证明,若不存在,说明理由.
正确答案
见解析
解析
(1)证明:因为△是正三角形,
是
的中点,所以
.
因为平面平面
,平面
平面
,
所以平面
.
因为平面
,所以
. ……………5分
(2)证明:因为平面
,
平面
,所以
.
因为是正方形,
分别是
的中点,所以
.
因为,所以
平面
.
因为平面
,所以平面
平面
. …………9分
(3)存在点为
的中点,使得平面
∥平面
. ……………10分
证明:因为分别是
的中点,所以
∥
.
因为平面
,
平面
,所以
∥平面
.
同理可得∥平面
.
因为,所以平面
∥平面
. …………………14分
知识点
把正方形ABCD沿对角线BD折成直二面角,对于下面结论:①AC⊥BD;②CD⊥平面ABC;③AB与BC成600角;④AB与平面BCD成450角。则其中正确的结论的序号为
正确答案
解析
略
知识点
如图1,在Rt△ABC中,∠ABC=90°,D为AC中点,于
(不同于点
),延长AE交BC于F,将△ABD沿BD折起,得到三棱锥
,如图2所示.
(1)若M是FC的中点,求证:直线//平面
;
(2)求证:BD⊥;
(3)若平面平面
,试判断直线
与直线CD能否垂直?并说明理由.
正确答案
见解析
解析
(1)因为,
分别为
中点,所以
//
---------------------2分
又,
所以. -----------------------4分
(2)因为,
且
所以 -------------7分
又
所以 ------------------------9分
(3)直线与直线
不能垂直 ---------------------------------------10分
因为,
,
,
,
所以 . ---------------------------------------12分
因为,所以
,
又因为,所以
.
假设,
因为,
,
所以, ------------------------------------------13分
所以,
这与为锐角矛盾
所以直线与直线
不能垂直. ---------------------------------------14分
知识点
已知某几何体的直观图和三视图如下图所示,其主(正)视图为矩形,左(侧)视图为等腰直角三角形,俯视图为直角梯形。
(1)求证:BC∥平面C1B1N;
(2)求证:BN⊥平面C1B1 N;
(3)求此几何体的体积。
正确答案
见解析。
解析
知识点
如图,在五面体
中,四边形
是边长为
的正方形,
∥平面
,
,
,
,
是
的中点。
(1)求证:∥平面
;
(2)求证:平面
;
(3)求五面体的体积。
正确答案
见解析。
解析
(1)证明:连接,
与
相交于点
,则点
是
的中点,连接
,
∵是
的中点,
∴∥
,
.
∵∥平面
,
平面
,平面
平面
,
∴∥
.
∵,
∴∥
,
.
∴四边形是平行四边形.
∴∥
,
.
∵平面
,
平面
,
∴∥平面
.
(2)证法1:取的中点
,连接
,则
,
由(1)知,∥
,且
,
∴四边形是平行四边形。
∴∥
,
.
在Rt△中,
,又
,得
.
∴.
在△中,
,
,
,
∴.
∴.
∴,即
.
∵四边形是正方形,
∴.
∵,
平面
,
平面
,
∴平面
.
证法2:在Rt△中,
为
的中点,
∴.
在△中,
,
∴.
∴.
∵∥
,
∴.
∵平面
,
平面
,
,
∴平面
.
∵平面
,
∴.
∵四边形是正方形,
∴.
∵平面
,
平面
,
,
∴平面
.
(3)
解:连接,
在Rt△中,
,
∴.
由(2)知平面
,且
∥
,
∴平面
.
∵平面
,
∥
,
∴平面
.
∴四棱锥的体积为
.
∴三棱锥的体积为
.
∴五面体的体积为
.
知识点
设a,b,c是空间三条直线,是空间两个平面,则下列命题中,逆命题不成立的是
正确答案
解析
略
知识点
如图,已知直三棱柱中,
,
为
的中点,
.
(1)求证:平面
;
(2)求证:.
正确答案
见解析
解析
(1)证明:连接与
相交于
,连
∵是正方形, ∴
, 又∵
为
的中点,
∴, ………3分
∵平面
,
平面
,
∴平面
………6分
(2)连接,∵
是正方形, ∴
, ………7分
∵, 且
, ∴
平面
, ………9分
∴, ………10分
∵与
相交, ∴
平面
, ………12分
∴. ………13分
知识点
如图,在三棱柱中,四边形
为菱形,
,四边形
为矩形,若
,
,
.(1)求证:
//平面
;(2)求证:
面
;
(3)求三棱锥的体积.
正确答案
见解析。
解析
证明:四边形
为矩形,
平面
,
平面
,
//平面
(2)证明:在中
,
,
,
满足,所以
,即
又因为四边形为矩形,所以
又,所以
又因为,所以
又因为四边形为菱形,所以
,又
,所以
(3)解:
过作
于
, 由第(1)问已证
,
,由题设知
三棱锥
的体积是
知识点
如图5,在平行四边形ABCD中,∠A=90°,∠B=135°,∠C=60°,AB=AD,M,N分别是边AB,CD上的点,且2AM=MD,2CN=ND,如图5,将△ABD沿对角线BD折叠,使得平面ABD⊥平面BCD,并连结AC,MN(如图6)。
(1)证明:MN∥平面ABC;
(2)证明:AD⊥BC;
(3)若BC=1,求三棱锥A-BCD的体积。
正确答案
见解析。
解析
知识点
在四棱锥中,
平面
,
是正三角形,
与
的交点
恰好是
中点,又
,
,点
在线段
上,且
。
(1)求证:;
(2)求证:平面
;
(3)设平面平面
=
,试问直线
是否与直线
平行,请说明理由.
正确答案
见解析
解析
(1)证明:(I) 因为是正三角形,
是
中点,
所以,即
………………1分
又因为,
平面
,
………………2分
又,所以
平面
………………4分
又平面
,所以
………………5分
(2)在正三角形中,
………………6分
在,因为
为
中点,
,所以
,所以,
,所以
………………8分
所以,所以
………………9分
又平面
,
平面
,所 以
平面
………………11分
(3)假设直线,因为
平面
,
平面
,所以
平面
……12分
又平面
,平面
平面
,所以
……………13分
这与与
不平行,矛盾所以直线
与直线
不平行………………14分
知识点
如图,在四棱台中,底面
是平行四边形,
,
。
(1)证明:平面
;
(2)证明://平面
。
正确答案
见解析。
解析
(1)证明:∵在△
中,由余弦定理得
,
∴,因此,
…
∵平面
,且
平面
.
∴
又,∴
平面
(2)
证明:连接,
,设
,连接
,
∵四边形是平行四边形,∴
由棱台定义及知
//
,且
,
∴四边形是平行四边形,因此
//
,
又∵平面
,
∴//平面
知识点
如图2所示,已知四棱锥P–ABCD的底面是直角梯形,∠ABC=∠BCD = 90°,AB = BC = PB = PC = 2CD,侧面PBC⊥底面ABCD。
(1)证明:PA⊥BD;
(2)求二面角P – BD – C的大小;
(3)求证:平面PAD⊥平面PAB。
正确答案
见解析。
解析
解法一:
(1)取BC中点O,连结AO交BD于点E,连结PO
∵PB = PC,∴PO⊥BC
又∵平面PBC⊥平面ABCD,平面PBC∩平面ABCD = BC
∴PO⊥平面ABCD
在直角梯形ABCD中
∵AB = BC = 2CD,易知Rt△ABO≌Rt△BCD
∴∠BEO =∠OAB +∠DBA =∠DBC +∠DBA = 90°
即AO⊥BD,由三垂线定理知PA⊥BD。
(2)连结PE,由PO⊥平面ABCD,AO⊥BD
得PE⊥BD
∴∠PEO为二面角P – BD – C的平面角
设AB = BC = PB = PC = 2CD = 2a
则PO =a,OE =
在Rt△PEO中,tan∠PEO =
∴二面角P – BD– C的大小为arctan
(3)取PB的中点为N,连结CN,则CN⊥PB
又∵AB⊥BC,BC是PB在面ABCD内的射影
∴AB⊥PB,又PB∩BC = B
∴AB⊥面PBC,∴平面PAB⊥平面PBC
∵CN⊥PB,面PAB∩面PBC = PB
∴CN⊥平面PAB
取PA的中点为M,连结DM、MN
则MN∥AB∥CD,∵MN =AB = CD
∴四边形MNCD为平行四边形
∴CN∥DM,∴DM⊥平面PAB
∴平面PAD⊥平面PAB。
解法二:
(1)取BC中点为O
∵侧面PBC⊥底面ABCD,△PBC为等边三角形
∴PO⊥底面ABCD,以BC的中点O为坐标原点,以BC所在直线为x轴,过点O与AB平行的直线为y轴,直线OP为z轴,如图乙所示,建立空间直角坐标系。
不妨设CD = 1
则AB = BC = PB = PC = 2,PO =
∴A(1,– 2,0),B (1,0,0),D (– 1,– 1,0),P (0,0,)
∴= (– 2,– 1,0),
= (1,– 2,–
)
∵·
= (– 2) × 1 + (– 1) × (– 2) + 0 × (–
) = 0
∴⊥
,∴PA⊥BD
(2)连结AO,设AO与BD相交于点E,连结PE
由·
= 1 × (– 2) + (– 2) × (– 1) + 0 × 0 = 0
∴⊥
,∴OA⊥BD
又∵EO为PE在平面ABCD内的射影,∴PE⊥BD
∴∠PEO为二面角P – BD – C的平面角
在Rt△BEO中,OE = OB · sin∠OBE =
∴在Rt△PEO中,tan∠PEO =
∴二面角P – BD – C的大小为arctan
(3)取PA的中点M,连结DM
则M,又∵
∴·
=
× 1 + 0 × (– 2) +
∴⊥
,即DM⊥PA
又∵= (1,0,
)
∴·
=
× 1 + 0 × 0 +
∴⊥
,即DM⊥PB,∴DM⊥平面PAB
∴平面PAD⊥平面PAB。
知识点
如图,在底面为直角梯形的四棱锥中,
,
平面
,
,
,
。
(1)求证:;
(2)设AC与BD相交于点O,在棱上是否存在点
,使得
∥平面
?若存在,确定点
位置。
正确答案
见解析
解析
(1)在直角梯形ABCD中,
所以,所以
. …………4分
又因为,所以
由,所以
所以 …………7分
(2)存在点,使得
∥平面
,此时
…………9分
证明:在PC上取点使得
,连接OE.
由,
所以,可得
…………13分
又因为
所以∥平面
…………14分
知识点
已知直线l、m、n及平面、
,下列命题中的假命题是 ( )
正确答案
解析
l和n可满足平行、相交、垂直等多种情况。
知识点
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