- 直线、平面平行的判定与性质
- 共628题
如图,在四棱锥P-ABCD中,AD∥BC,ADC=
PAB=90°,BC=CD=
AD.E为边AD的中点,异面直线PA与CD所成的角为90°.
21.在平面PAB内找一点M,使得直线CM∥平面PBE,并说明理由;
22.若二面角P-CD-A的大小为45°,求直线PA与平面PCE所成角的正弦值.
正确答案
(Ⅰ)在梯形ABCD中,AB与CD不平行.
延长AB,DC,相交于点M(M∈平面PAB),点M即为所求的一个点.理由如下:
由已知,BC∥ED,且BC=ED.
所以四边形BCDE是平行四边形.
从而CM∥EB.
又EB平面PBE,CM
平面PBE,
所以CM∥平面PBE.
解析
(I)延长,交直线
于点
,
∵为
中点,
∴,
∵,
∴,
∵ 即
,
∴四边形为平行四边形,
,
∵,
∴,
∴,
∵面
,
∴面
,
∵,
面
,
∴面
故在面
上可找到一点
使得
面
.
解题思路
本题考查线面平行、线线平行、向量法等基础知识,考查空间想象能力、分析问题的能力、计算能力.
易错点
本题考查线面平行、线线平行、向量法等基础知识,考查空间想象能力、分析问题的能力、计算能力.本题易在第一问找点时出错.
正确答案
(Ⅱ).
解析
(Ⅱ)由已知,CD⊥PA,CD⊥AD,PAAD=A,
所以CD⊥平面PAD.
从而CD⊥PD.
所以PDA是二面角P-CD-A的平面角.
所以PDA=45°.
设BC=1,则在Rt△PAD中,PA=AD=2.
过点A作AH⊥CE,交CE的延长线于点H,连接PH.
易知PA⊥平面ABCD,
从而PA⊥CE.
于是CE⊥平面PAH.
所以平面PCE⊥平面PAH.
过A作AQ⊥PH于Q,则AQ⊥平面PCE.
所以APH是PA与平面PCE所成的角.
在Rt△AEH中,AEH=45°,AE=1,
所以AH=.
在Rt△PAH中,PH==
,
所以sinAPH=
=
.
解题思路
本题考查线面平行、线线平行、向量法等基础知识,考查空间想象能力、分析问题的能力、计算能力.
易错点
本题考查线面平行、线线平行、向量法等基础知识,考查空间想象能力、分析问题的能力、计算能力.本题易在第一问找点时出错.
选修4-1:几何证明选讲(请回答23题)
如图,在正方形ABCD中,E,G分别在边DA,DC上(不与端点重合),且DE=DG,过D点作DF⊥CE,垂足为F.
选修4-4:坐标系与参数方程(请回答24题)
在直角坐标系xOy中,圆C的方程为.
选修4-5:不等式选讲(请回答25题)
已知函数,M为不等式
的解集.
22.(Ⅰ)证明:B,C,G,F四点共圆;
(Ⅱ)若AB=1,E为DA的中点,求四边形BCGF的面积.
23.(Ⅰ)以坐标原点为极点,x轴的正半轴为极轴建立极坐标系,求C的极坐标方程;
(Ⅱ)直线l的参数方程是(t为参数),l与C交于A,B两点,
,求l的斜率.
25.(Ⅰ)求M;
(Ⅱ)证明:当a,bM时,
.
正确答案
(Ⅰ)详见解析;(Ⅱ).
解析
(Ⅰ)证再证
四点共圆;(Ⅱ)证明
四边形
的面积
是
面积
的2倍.
试题解析:(I)因为,所以
则有
所以由此可得
由此所以
四点共圆.
(II)由四点共圆,
知
,连结
,
由为
斜边
的中点,知
,故
因此四边形的面积
是
面积
的2倍,即
考查方向
解题思路
(Ⅰ)先证 再证
,四边形外角等于内对角所以B,C,G,F四点共圆;(Ⅱ)
,:四边形BCGF的面积是.
易错点
找不到相似三角形。
正确答案
(Ⅰ);(Ⅱ)
.
解析
(I)利用,
可得C的极坐标方程;(II)先将直线
的参数方程化为普通方程,再利用弦长公式可得
的斜率.
试题解析:(I)由可得
的极坐标方程
(II)在(I)中建立的极坐标系中,直线的极坐标方程为
由所对应的极径分别为
将
的极坐标方程代入
的极坐标方程得
于是
由得
,
所以的斜率为
或
.
考查方向
解题思路
(Ⅰ)平面直角坐标系向极坐标系转化(Ⅱ)直线的参数方程代入圆的方程,用根与系数的关系表示弦长,求出余弦值,再求出斜率。
易错点
极坐标与直角坐标互化的注意点:在曲线的方程进行互化时,一定要注意变量的范围.要注意转化的等价性。
正确答案
(Ⅰ);(Ⅱ)详见解析.
解析
(I)先去掉绝对值,再分,
和
三种情况解不等式,即可得
;(II)采用平方作差法,再进行因式分解,进而可证当
,
时,
.
试题解析:(I)
当时,由
得
解得
;
当时,
;
当时,由
得
解得
.
所以的解集
.
(II)由(I)知,当时,
,从而
,
因此
考查方向
解题思路
(Ⅰ)零点分段法(Ⅱ)分析法,两边同时平方,化简在因式分解,符号判断。
易错点
解绝对值不等式。
19. 如图,在长方体中,
,
,
、
分别是
、
的中点.
证明、
、
、
四点共面,并求直线
与平面
所成的角的大小.
正确答案
解析
试题分析: 利用长方体的几何关系建立直角坐标系.利用向量方法求空间角.
如图,以为原点建立空间直角坐标系,可得有关点的坐标为
、
、
、
、
、
.
因为,
,
所以,因此直线
与
共面,
即、
、
、
共面.
设平面的法向量为
,则
,
,
又,
,
故,解得
.
取,得平面
的一个法向量
.又
,
故.
因此直线与平面
所成的角的大小为
.
考查方向
解题思路
(1)设两条异面直线a,b的方向向量为a,b,其夹角为θ,则cos φ=|cos θ|= (其中φ为异面直线a,b所成的角).(2)设直线l的方向向量为e,平面α的法向量为n,直线l与平面α所成的角为φ,两向量e与n的夹角为θ,则有sin φ=|cos θ|=
.(3) n1,n2分别是二面角α l β的两个半平面α,β的法向量,则二面角的大小θ=〈n1,n2〉(或π-〈n1,n2〉).
易错点
线面夹角的证明;向量坐标运算的准确性
知识点
如图,在几何体ABCDE中,四边形ABCD是矩形,AB平面BEC,BE
EC,AB=BE=EC=2,G,F分别是线段BE,DC的中点.
18.求证:平面
;
19.求平面AEF与平面BEC所成锐二面角的余弦值.
正确答案
(Ⅰ)详见解析
解析
(Ⅰ)如图,取的中点
,连接
,
,又G是BE的中点,
,
又F是CD中点,,由四边形ABCD是矩形得,
,所以
.从而四边形
是平行四边形,所以
,,又
,所以
.
考查方向
解题思路
通过证明平面GMF和平面ADE平行来证明结论
易错点
计算能力弱,空间立体感不强
正确答案
(Ⅱ) .
解析
(Ⅱ)如图,在平面BEC内,过点B作,因为
.
又因为AB平面BEC,所以AB
BE,AB
BQ
以B为原点,分别以的方向为x轴,y轴,z轴的正方向建立空间直角坐标系,则A(0,0,2),B(0,0,0),E(2,0,0),F(2,2,1).因为AB
平面BEC,所以
为平面BEC的法向量,
设为平面AEF的法向量.又
由取
得
.
从而
所以平面AEF与平面BEC所成锐二面角的余弦值为.
考查方向
解题思路
建立空间直角坐标系,可得到平面BEC和平面AEF的法向量,由向量夹角的余弦值可得。
易错点
计算能力弱;空间立体感不强
如图,在几何体ABCDE中,四边形ABCD是矩形,AB平面BEC,BE
EC,AB=BE=EC=2,G,F分别是线段BE,DC的中点.
18.求证:平面
;
19.求平面AEF与平面BEC所成锐二面角的余弦值.
正确答案
(Ⅰ)详见解析
解析
(Ⅰ)如图,取的中点
,连接
,
,又G是BE的中点,
,
又F是CD中点,,由四边形ABCD是矩形得,
,所以
.从而四边形
是平行四边形,所以
,,又
,所以
.
考查方向
解题思路
通过证明平面GMF和平面ADE平行来证明结论
易错点
计算能力弱,空间立体感不强
正确答案
(Ⅱ) .
解析
(Ⅱ)如图,在平面BEC内,过点B作,因为
.
又因为AB平面BEC,所以AB
BE,AB
BQ
以B为原点,分别以的方向为x轴,y轴,z轴的正方向建立空间直角坐标系,则A(0,0,2),B(0,0,0),E(2,0,0),F(2,2,1).因为AB
平面BEC,所以
为平面BEC的法向量,
设为平面AEF的法向量.又
由取
得
.
从而
所以平面AEF与平面BEC所成锐二面角的余弦值为.
考查方向
解题思路
建立空间直角坐标系,可得到平面BEC和平面AEF的法向量,由向量夹角的余弦值可得。
易错点
计算能力弱;空间立体感不强
6.如图,在正四棱柱中,底面
的边长为
,
与底面所成角的大小为
,则该正四棱柱的高等于__________.
正确答案
解析
∵平面
,
∴与底面所成的角为
,
在中,
,
,
,
∴,即正四棱柱的高为
.
考查方向
解题思路
先确定与底面所成的角为
,然后在
中求得
的大小,从而求得正四棱柱的高.
易错点
正确寻找直线与平面所成的角.
知识点
4.若正三棱柱的所有棱长均为,且其体积为
,则
.
正确答案
4
解析
考查方向
解题思路
简单几何体的表面积和体积计算是高考的一个常见考点,解决这类问题,首先要熟练掌握各类简单几何体的表面积和体积计算公式,其次要掌握平几面积计算方法.柱的体积为,区别锥的体积
;熟记正三角形面积为
,正六边形的面积为
.
易错点
准确计算
知识点
如图,在四棱锥中,
为等边三角形,平面
平面
,
,
,
,
,
为
的中点.
20.求证:;
21.求二面角的余弦值;
22.若平面
,求
的值.
正确答案
(Ⅰ)略.
解析
试题分析:证明线线垂直可寻求线面垂直,利用题目提供的面面垂直平面平面
,借助性质定理证明
平面EFCB,进而得出线线垂直.
(Ⅰ)由于平面平面
,
为等边三角形,
为
的中点,则
,根据面面垂直性质定理,所以
平面EFCB,又
平面
,则
.
考查方向
解题思路
本题考查线线、线面垂直及求二面角的相关知识及运算,本题属于中档题,熟练利用有关垂直的判定定理和性质定理进行面面垂直、线面垂直、线线垂直之间的转化与证明.
易错点
线线垂直的转化.
正确答案
(Ⅱ).
解析
试题分析:建立空间直角坐标系,写出相关点的坐标,平面AEF的法向量易得,只需求平面AEB的法向量,设平面AEB的法向量,利用线线垂直,数量积为零,列方程求出法向量,再根据二面角公式求出法向量的余弦值.
(Ⅱ)取CB的中点D,连接OD,以O为原点,分别以为
轴建立空间直角坐标系,
,
,
,由于平面
与
轴垂直,则设平面
的法向量为
,设平面
的法向量
,
,
,
,
,则
,二面角
的余弦值
,由二面角
为钝二面角,所以二面角
的余弦值为
.
考查方向
解题思路
本题考查求二面角的相关知识及运算,本题属于中档题,利用空间向量解题时,要建立适当的直角坐标系,准确写出空间点的坐标,利用法向量求二面角.
易错点
平面法向量的求解.
正确答案
(Ⅲ).
解析
试题分析:由于,要想
平面
,只需
,利用向量
的坐标,借助数量积为零,求出
的值,根据实际问题予以取舍.
(Ⅲ)由(Ⅰ)知平面EFCB,则
,若
平面
,只需
,
,又
,
,解得
或
,由于
,则
.
考查方向
解题思路
本题考查利用数量积为零,解决线线、线面垂直问题.
易错点
平面向量坐标运算与函数性质的灵活运用.
16.在四棱锥P-ABCD中,PC⊥平面ABCD,DC∥AB,DC=2,AB=4,BC=2,∠CBA=30°.
(1)求证:AC⊥PB;
(2)若PC=2,点M是棱PB上的点,且CM∥平面PAD,求BM的长。
正确答案
见解析
解析
(1)∵PC⊥平面ABCD,∴PC⊥AC,
又∠CBA=30°,BC=2,AB=4,
∴AC=
=,
∴AC2+BC2=4+12=16=AB2,∴∠ACB=90°,
故AC⊥BC.又∵PC、BC是平面PBC内的两条相交直线,
故AC⊥平面PBC,∴AC⊥PB.
(2) BM=2
考查方向
解题思路
(1)由余弦定理求AC
(2)由勾股逆定理得∠ACB=90°
(3)AC⊥BC,PC⊥AC,AC⊥平面PBC,∴AC⊥PB
易错点
证明过程不到位。
知识点
16.如图,已知直三棱柱的侧面
是正方形,点
是侧面
的中心,
,
是棱
的中点.
(1)求证:平面
;
(2)求证:平面平面
.
正确答案
详见解析
解析
试题分析:本题是空间中平行与垂直的基本问题,题目的难度是逐渐由易到难,证明的关键是按照线面平行、面面垂直的判定,找到使定理成立的条件,所以空间中的读图能力,熟练把握空间中垂直关系的判定与性质是解题的突破口。
证明:(1)在中,因为
是
的中点,
是
的中点,
所以.
又平面
,
平面
,所以
平面
.
(2)因为是直三棱柱,所以
底面
,所以
,
又,即
,而
面
,且
,
所以面
.
而面
,所以
,
又是正方形,所以
,而
面
,且
,
所以面
.
又面
,所以面
面
.
考查方向
解题思路
本题考查空间中平行与垂直的证明
1、证明线面平行时,关键是设法在平面内找到一条直线与已知直线平行。
2、证明面面垂直本质是转化为证线面垂直,关键是在证线面垂直时,找到两条线是相交直线与已知直线垂直,同时熟练把握空间中垂直关系的判定与性质。
易错点
1、第一问中的易忽视线面平行中线在面外。
2、第二问中证明面面垂直本质是转化为证线面垂直,不要忽视证线面垂直时,两条线是相交直线,同时熟练把握空间中垂直关系的判定与性质。
知识点
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