- 直线、平面垂直的综合应用
- 共97题
如图,在直三棱柱ABC-A1B1C1中,AB=BC=AAl=2,∠ABC=120°,点 P在线段AC1上,且AP=2PCl,M为线段AC的中点.
20.证明:BM//平面B1CP;
21.求直线AB1与平面B1CP所成角的余弦值。
正确答案
见解析
解析
考查方向
解题思路
利用线面平行判定定理证明线面平行,再利用射影定理确定角度,再求出角度。
易错点
建立空间直角坐标系的坐标问题。
正确答案
见解析
解析
考查方向
解题思路
利用线面平行判定定理证明线面平行,再利用射影定理确定角度,再求出角度。
易错点
建立空间直角坐标系的坐标问题。
如图,在四棱锥中,
平面
,
,四边形
中
,
,且
,点
为
中点.
22.求证:平面平面
;
23.求点到平面
的距离.
正确答案
见解析
解析
试题分析:本题属于立体几何中的基本问题,题目的难度是逐渐由易到难,根据题设先证线面垂直再去证面面垂直;证明:取中点
,连接
.∵
是
中点,∴
.又∵
,∴
,
∴四边形
为平行四边形.∵
,∴
平面
.∴
,∴
.∵
,∴
,∴
平面
.∵
平面
,∴平面
平面
.
考查方向
解题思路
本题考查了面面垂直的证明和点到面的距离的求,解题步骤如下:根据题设先证线面垂直再去证面面垂直。
易错点
对面面垂直的证明的表述不严谨和运算出错;
正确答案
解析
试题分析:本题属于立体几何中的基本问题,题目的难度是逐渐由易到难,由等体积法求出点到面的距离。由⑴知,.
∴平面
,即点
到平面
的距离为
.在
中,由
,得
,∴
.
∴点到平面
的距离为
.
考查方向
解题思路
本题考查了面面垂直的证明和点到面的距离的求,解题步骤如下:由等体积法求出点到面的距离。
易错点
对面面垂直的证明的表述不严谨和运算出错;
在正三角形ABC中,E、F、P分别是AB、AC、BC边上的点,满足AE :EB=CF :FA=CP :PB=1 :2,如图(5).将△AEF沿EF折起到△A1EF的位置,使二面角A1一EF-B成直二面角,连结A1B、A1P,如图(6).
21.求证:A1E⊥平面BEP;
22.求二面角B—A1P—E的余弦值.
正确答案
(1)A1E⊥平面BEP;
解析
解:不妨设正三角形ABC 的边长为 3 .
(1)在图5中,取BE的中点D,连结DF.
∵AEEB=CF
FA=1
2,∴AF=AD=2,而∠A=600,∴△ADF是正三角形,
又AE=DE=1,∴EF⊥AD
在图6中,A1E⊥EF,BE⊥EF,∴∠A1EB为二面角A1-EF-B的平面角.
由题设条件知此二面角为直二面角,∴A1E⊥BE
又BE∩EF=E,∴A1E⊥平面BEF,即A1E⊥平面BEP
考查方向
解题思路
(1)不妨设正三角形ABC 的边长为 3,取BE的中点D,连接DF,从而证明到EF⊥AD,再利用二面角A1一EF-B成直二面角推出A1E⊥BE,从而得证。
(2)由(1)构建空间直角坐标系并写出相关点的坐标,通过计算平面法向量的方法来计算二面角的余弦值。
易错点
平面翻折到空间中的不变量与改变量易出错及空间点坐标的确定。
正确答案
(2) 二面角B-A1P-E余弦值是
解析
解:
(2)建立分别以EB、EF、EA1为x轴、y轴、z轴的空间直角坐标系,则E(0,0,0),A1(0,0,1),
B(2,0,0),F(0, ,0), P (1,
,0),则
,
.设平面A1BP的法向量为
,
由平面ABP知,
,即
令,得
,
.
设平面A1PE向量为.
由平面A1PE知,
,即 可得
.
所以二面角B-A1P-E余弦值是
考查方向
解题思路
(1)不妨设正三角形ABC 的边长为 3,取BE的中点D,连接DF,从而证明到EF⊥AD,再利用二面角A1一EF-B成直二面角推出A1E⊥BE,从而得证。
(2)由(1)构建空间直角坐标系并写出相关点的坐标,通过计算平面法向量的方法来计算二面角的余弦值。
易错点
平面翻折到空间中的不变量与改变量易出错及空间点坐标的确定。
10.设为不同的平面,
为不同的直线,则
的一个充分条件为( ).
正确答案
解析
对于选项A,根据面面垂直的判定定理可知,缺少条件m⊂α,故不正确;
对于选项B,因为α与β可能平行,也可能相交,所以m与β不一定垂直,故不正确;[来源:学科网ZXXK]
对于选项C,因为α与β可能平行,也可能相交,所以m与β不一定垂直,故不正确;
对于选项D,由n⊥α,n⊥β,可得α∥β,而m⊥α,则m⊥β,故正确,故选D.
考查方向
解题思路
逐个判断各个选项的正误即可。
易错点
1.不理解的一个充分条件和
之间的关系;
2.对于空间点线面的位置关系理解单一导致出错。
知识点
如图,三棱柱ABC—A1B1C1 的侧棱AA1底面ABC,
,E是棱CC1的中点,F是AB的中点,AC=BC=1,AA1=2。
22.求证:CF//平面AB1E;
23.求点C到平面AB1E的距离。
正确答案
见解析
解析
证明:取AB中点M,连MF,ME,∵E为CC1中点,F为AB中点,∴MF∥B1B,MF=1/2B1B,EC∥B1B,EC=1/2B1B,∴MF∥EC,且MF=EC,∴MFCE为平行四边形,∴CF∥EM,∵CF⊄平面AB1E,EM⊂平面AB1E,∴CF∥平面AB1E.
考查方向
解题思路
取AB中点M,连MF,ME,易证四边形MFCE是平行四边形,利用线面平行的判定定理即可证得CF∥平面AB1E;
易错点
本题易错点是∵CF⊄平面AB1E,EM⊂平面AB1E。
正确答案
点C到平面AB1E的距离为
解析
解:∵AA1⊥底面ABC,∴侧面AC1⊥底面ABC,又∠ACB=90°,BC垂直于交线AC,∴BC⊥侧面AC1.∵AC=BC=1,AA1=2,∴S△ACE=,∴VO−AB1E=VB1−ACE=VB−ACE=
所以C到平面AB1E的距离为
。
考查方向
解题思路
依题意,可证得BC⊥侧面AC1,利用等体积转换,即可求出三棱锥C-AB1E的体积.进而求高。
易错点
本题易错点是∵CF⊄平面AB1E,EM⊂平面AB1E。
如图,在三棱锥P—ABC中,平面PAB⊥平面ABC,PA⊥PB,M,N分别为AB,PA的中点.
17.求证:PB∥平面MNC;
18.若AC=BC,求证:PA⊥平面MNC.
正确答案
见解析
解析
证:(1)因为M,N分别为AB,PA的中点,
所以MN∥PB.
因为MN平面MNC,PB平面MNC,
所以PB∥平面MNC.
考查方向
解题思路
本题考查线面平行的判定,面面垂直的性质和线面垂直,解题步骤如下:
(1)根据中位线定理可得MN∥PB,故而PB∥平面MNC.
(2)由三线合一可得CM⊥AB,再有面面垂直得出CM⊥平面PAB,故CM⊥PA,由AP⊥PB,MN∥PB可得PA⊥MN,故而PA⊥平面MNC.
易错点
线面平行和线面垂直判定定理记不熟,不会灵活运用
正确答案
见解析
解析
证: (2)因为PA⊥PB,MN∥PB,所以PA⊥MN.
因为AC=BC,AM=BM,所以CM⊥AB.
因为平面PAB⊥平面ABC,CM平面ABC,平面PAB∩平面ABC=AB,
所以CM⊥平面PAB.
因为PA平面PAB,所以CM⊥PA.
因为PA⊥MN,MN平面MNC,CM平面MNC,MN∩CM=M,
所以PA⊥平面MNC.
考查方向
解题思路
本题考查线面平行的判定,面面垂直的性质和线面垂直,解题步骤如下:
(1)根据中位线定理可得MN∥PB,故而PB∥平面MNC.
(2)由三线合一可得CM⊥AB,再有面面垂直得出CM⊥平面PAB,故CM⊥PA,由AP⊥PB,MN∥PB可得PA⊥MN,故而PA⊥平面MNC.
易错点
线面平行和线面垂直判定定理记不熟,不会灵活运用
如图,三棱柱中,
,
,平面
平面
,
与
相交于点
.
21.求证:平面
;
22.求二面角的余弦值.
正确答案
(1)略;
解析
(Ⅰ)依题意,侧面是菱形,
是
的中点,因为
,所以
,
又平面平面
,且
平面
,平面
平面
所以平面
.
考查方向
解题思路
先证明,后根据平面
平面
后即可得到答案;
易错点
不会转化平面平面
而无法证明答案;
正确答案
(2)
解析
(Ⅱ)由(Ⅰ)知平面
,
面
,所以
,
又,
,所以
平面
,
过作
,垂足为
,连结
,则
,
所以为二面角
的平面角.
在中,
,
所以,
所以,即二面角
的余弦值是
.
考查方向
解题思路
先证明为二面角
的平面角,后在三角形中解出即可。
易错点
找不到二面角的平面角无法做出答案。
如图,在三棱柱-
中,
BAC=
,AB=AC=2,
A=4,
在底面ABC的射影为BC的中点,D为
的中点.
17.证明:D
平面
;
18.求二面角
-BD-
的平面角的余弦值
正确答案
详见解析;
解析
试题分析:由条件设E为BC的中点,可证得AE⊥平面,再证明
,即可证得;
考查方向
解题思路
由线面垂直的判定定理,两平行线中的一条垂直于一个平面,另一条也垂
直于这个平面,得出结论;的余弦值.
易错点
注意二面角的取值范围,分清是锐角还是钝角.
正确答案
.
解析
作,且
,可证明
为二面角
的平面角,再由余弦定理可求得
,从而求解.
设E为BC的中点,由题意可得,
∴,∵AB=AC,∴
,故
,
由D,E分别为,BC的中点,得DE∥
且DE=
,从而DE∥
,
∴四边形为平行四边形,故
,又∵AE⊥平面
,
∴;(2)作
,且
,连接
,由AE=EB=
,
,得
,由
,
,得
,由
,得
,因此
为二面角
的平面角,
由=
,
=4,
,得BD=3
,
,
由余弦定理得,.
考查方向
解题思路
作出二面角的平面角,在三角形中利用余弦定理求出二面角
的余弦值.
易错点
注意二面角的取值范围,分清是锐角还是钝角.
(本小题满分13分,(1)小问4分,(2)小问9分)
如图,三棱锥中,
平面
分别为线段
上的点,且
21.证明:平面
22.求二面角的余弦值。
正确答案
(1)证明详见解析
解析
试题分析:(1)要证线面垂直,就是要证线线垂直,题中由平面
,可知
,再分析已知由
得
,这样与
垂直的两条直线都已找到,从而可得线面垂直
试题解析:(1)证明:由PC平面ABC,DE
平面ABC,故PC
DE
由CE=2,CD=DE=得
CDE为等腰直角三角形,故CD
DE
由PCCD=C,DE垂直于平面PCD内两条相交直线,故DE
平面PCD
考查方向
解题思路
根据是给条件通过线线关系向面面垂直关系进行转化,证明问题,难度不大,属于基础题目
易错点
线线与线面垂直的转化
正确答案
(2).
解析
试题分析:(2)求二面角的大小,可心根据定义作出二面角的平面角,求出这个平面角的大小,本题中,由于,
平面
,因此
两两垂直,可以他们为
轴建立空间直角坐标系,写出图中各点的坐标,求出平面
和平面
的法向量
,向量
的夹角与二面角相等或互补,由此可得结论.
试题解析:(2)由(1)知,CDE为等腰直角三角形,
DCE=
,如(19)图,过点D作DF垂直CE于F,易知DF=FC=EF=1,又已知EB=1,
故FB=2.
由ACB=
得DF
AC,
,故AC=
DF=
.
以C为坐标原点,分别以的方程为x轴,y轴,z轴的正方向建立空间直角坐标系,则C(0,0,0,),P(0,0,3),A(
,0,0),E(0,2,0),D(1,1,0),
设平面的法向量
,
由,
,
得.
由(1)可知DE平面PCD,故平面PCD的法向量
可取为
,即
.
从而法向量,
的夹角的余弦值为
,
故所求二面角A-PD-C的余弦值为.
考查方向
解题思路
立体几何解答题的一般模式是首先证明线面位置关系(一般考虑使用综合几何方法进行证明),然后是与空间角有关的问题,综合几何方法和空间向量方法都可以,但使用综合几何方法要作出二面角的平面角,作图中要伴随着相关的证明,对空间想象能力与逻辑推理能力有较高的要求,而使用空间向量方法就是求直线的方向向量、平面的法向量,按照空间角的计算公式进行计算,也就是把几何问题完全代数化了,这种方法对运算能力有较高的要求.两种方法各有利弊,在解题中可根据情况灵活选用.
易错点
法向量夹角与二面角平面角的关系
8.设m,n是两条不同的直线,,
是两个不同的平面,则下列叙述正确的是
正确答案
解析
若α∥β,m∥α,n∥β,则可能平行、异面或相交,故A错误;若α⊥β,m⊥α,n∥β,则
可能平行、异面或相交,故B错误;若m⊥α,n
β,m⊥n,则
可能垂直、平行或不垂直相交,故D错误;所以选C选项.
考查方向
解题思路
1)分析判断各选项的正确性;
2)得出结论.
易错点
本题易在判断选项B出现错误,易忽视判断线线垂直的充分条件.
知识点
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