- 立体几何与空间向量
- 共2637题
如图4,四棱锥的俯视图是菱形
,顶点
的投影恰好为
。
(1)求证:;
(2)若,
,四棱锥
的体积
,求
的长。
正确答案
见解析。
解析
(1)依题意,底面
因为底面
,所以
依题意,是菱形,
因为,所以
平面
……6分,所以
⑵……8分,
,
……12分,所以
知识点
已知直线⊥平面
,直线
平面
,下列命题正确的是 ( )
①∥
②
∥
③
∥
④
∥
正确答案
解析
略
知识点
已知直线,则图中阴影部分表示的不等式是
正确答案
解析
略
知识点
已知直线,其中
成等比数列,且直线经过抛物线
的焦点,则
正确答案
解析
∵成等比数列,∴
①,∵直线经过抛物线
的焦点
,∴
②,由①②联立解得
或
(舍去),∴
。
知识点
在如图所示的棱长为的正方体
中,作与平面
平行的截面,则截得的三角形中,面积最大的值是___;截得的平面图形中,面积最大的值是___。
正确答案
;
解析
略
知识点
某几何体的三视图如图所示,则该几何体外接球的表面积为
正确答案
解析
略
知识点
如图4, 在三棱锥中,
。
(1)求证:平面平面
;
(2)若,
,当三棱锥
的体积最大时,
求的长。
正确答案
见解析。
解析
(1)证明:因为,所以
,
,
因为,所以
平面
。
因为平面
,所以
。
因为,所以
,…
因为,所以
平面
。
因为平面
,所以平面
平面
。
(2)
方法1:由已知及(1)所证可知,平面
,
,
所以是三棱锥
的高。
因为,
,设
,
所以。
因为
,
当且仅当,即
时等号成立,
所以当三棱锥的体积最大时,
,
方法2:由已知及(1)所证可知,平面
,
所以是三棱锥
的高。
因为,设
,
则,
所以,1
所以
。
因为,
所以当,
有最大值
,
此时,
所以当三棱锥的体积最大时,
。
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:已知长方体的底面
是边长为
的正方形,高
,
为
的中点,
与
交于
点,
(1)求证:平面
;
(2)求证:∥平面
;
(3)求三棱锥的体积,
正确答案
见解析
解析
(1)底面
是边长为正方形,
底面
,
平面
————3分
,
平面
——5分
(2)连结,
为
的中点,
为
的中点
∥
,————7分
又平面
,
平面
∥平面
————10分
(3),
,
,
同样计算可得,
为等腰三角形,————12分
,
,
等腰三角形
的高为
————14分
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
如图1,在梯形中,
∥
,
,
将四边形沿
折起,使平面
垂直平面
,如图2,连结
.设
是
上的动点.
(1)若为
中点,求证:
∥平面
;
(2)若,求三棱锥
的体积.
正确答案
见解析。
解析
(1)取中点
,连接
, --------------------1分
∵ 分别是
的中点,
∥
且
--------------------2分
又∥
且
∥
且
四边形
为平行四边形. --------------------4分
∥
,又
平面
平面
∥平面
-----------6分
(2). -----------------8分
平面
平面
且交于
平面
是
点到平面
的距离,
又 ------------10分
. -----------------12分
知识点
如图,AD平面ABC,AD∥CE,AC=AD=AB=1,∠BAC=90°,凸多面体ABCED的体积为
,F为BC的中点.
(1)求证:AF∥平面BDE;
(2)求证:平面BDE平面BCE.
正确答案
见解析。
解析
(1)证明:∵AD⊥平面ABC,AC面ABC,AB
面ABC,
∴AD⊥AC,AD⊥AB,
∵AD∥CE,∴CE⊥AC
∴四边形ACED为直角梯形.……………(1分)
又∵∠BAC=90°,∴AB⊥AC,∴AB⊥面ACED.
………………(2分)
∴凸多面体ABCED的体积
求得CE=2.……………………………………………………(3分)
取BE的中点G,连结GF,GD,
则GF∥EC,GFCE=1,
∴GF∥AD,GF=AD,四边形ADGF为平行四边形,
∴AF∥DG.………………………………………………………(5分)
又∵GD面BDE,AF
面BDE,
∴AF∥平面BDE.………………………………………………(7分)
(2)证明:∵AB=AC,F为BC的中点,
∴AF⊥BC.………………………………………………………(8分)
由(1)知AD⊥平面ABC,AD∥GF,∴GF⊥面ABC.
∵AF面ABC,∴AF⊥GF. ……………………………………(9分)
又BCGF=F,∴AF⊥面BCE.…………………………………(10分)
又∵DG∥AF,∴DG⊥面BCE.……………………………(11分)
∵DG面BDE,∴面BDE⊥面BCE.……………………(12分)
知识点
如图,圆O与离心率为的椭圆T:
(a>b>0)相切于点M(0,1)。
(1)求椭圆T与圆O的方程;
(2)过点M引两条互相垂直的两直线l1、l2与两曲线分别交于点A、C与点B、D(均不重合)。
①若P为椭圆上任一点,记点P到两直线的距离分别为d1、d2,求的最大值;
②若,求l1与l2的方程。
正确答案
见解析。
解析
(1)由题意知:,b=1。
又a2=b2+c2,所以a2=c2+1,
联立,解得a=2,c=
所以椭圆C的方程为,圆O的方程x2+y2=1;
(2)①设P(x0,y0)因为l1⊥l2,则,
因为,所以
=
,
因为﹣1≤y0≤1,所以当时,
取得最大值为
,此时点
。
②设l1的方程为y=kx+1,
由,得:(k2+1)x2+2kx=0,由xA≠0,所以
,
代入y=kx+1得:。
所以。
由,得(4k2+1)x2+8kx=0,由xC≠0,所以
,
代入y=kx+1得:。
所以。
把A,C中的k置换成可得
,
所以,
,
由,
得
=,
整理得:,即3k4﹣4k2﹣4=0,解得
。
所以l1的方程为,l2的方程为
或l1的方程为,l2的方程为
。
知识点
已知如图:平行四边形ABCD中,BC=6,正方形ADEF所在平面与平面ABCD垂直,G,H分别是DF,BE的中点。
(1)求证:GH∥平面CDE;
(2)若CD=2,,求四棱锥F-ABCD的体积。
正确答案
见解析。
解析
(1)证法:∵EF//AD, AD//BC ∴EF//BC且EF=AD=BC
∴四边形EFBC是平行四边形 ∴H为FC的中点
又∵G是FD的中点
∴HG//CD
平面CDE,
平面CDE
∴GH//平面CDE
证法2:连结EA,∵ADEF是正方形 ∴G是AE的中点
∴在△EAB中,GH//AB
又∵AB//CD,∴GH//CD,
平面CDE,
平面CDE
∴GH//平面CDE
(2)∵平面ADEF⊥平面ABCD,交线为AD
且FA⊥AD, ∴FA⊥平面ABCD,
∵BC=6, ∴FA=6 又∵CD=2,, CD2+DB2=BC2
∴BD⊥CD
知识点
如图,在四棱锥中,平面
平面
,且
,
,四边形
满足
,
,
。
为侧棱
的中点,
为侧棱
上的任意一点。
(1)若为
的中点,求证:
平面
;
(2)求证:平面平面
;
(3)是否存在点,使得直线
与平面
垂直?若存在,
写出证明过程并求出线段的长;若不存在,请说明理由。
正确答案
见解析
解析
(1)因为分别为侧棱
的中点,
所以 。
因为,所以
。
而平面
,
平面
,
所以平面
, ………………………………………4分
(2)因为平面平面
,
平面平面
,且
,
平面
.
所以平面
,又
平面
,所以
。
又因为,
,所以
平面
,
而平面
,
所以平面平面
,……………………………………………………8分
(3)存在点,使得直线
与平面
垂直。
在棱上显然存在点
,使得
.
由已知,,
,
,
。
由平面几何知识可得 。
由(2)知,平面
,所以
,
因为,所以
平面
。
而平面
,所以
。
又因为,所以
平面
.
在中,
,
可求得,。
可见直线与平面
能够垂直,此时线段
的长为
,……………14分
知识点
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