95学基础题题库(二)(立体几何)
立体几何大题题库
立体几何解答题题库1.如图，在三棱锥P -ABC 中，P A ，PB ，PC 两两垂直，P A =AB =AC =3，平面//α平面P AB ，且α与棱PC ，AC ，BC 分别交于P 1，A 1，B 1三点．（1）过A 作直线l ，使得l BC ⊥，11l P A ⊥，请写出作法并加以证明；（2）若α将三棱锥P -ABC 分成体积之比为8:19的两部分（其中，四面体P 1A 1B 1C 的体积更小），D 为线段B 1C 的中点，求四棱锥A 1-PP 1DB 1的体积．2.如图所示是一个几何体的直观图、正视图、俯视图、侧视图(其中正视图为直角梯形，俯视图为正方形，侧视图为直角三角形，尺寸如图所示)．(1)求四棱锥P -ABCD 的体积；(2)证明：BD ∥平面PEC ；(3)线段BC 上是否存在点M ，使得AE ⊥PM ？若存在，请说明其位置，并加以证明；若不存在，请说明理由．3.如图1所示，平面多边形CDEF 中，四边形ABCD 为正方形，EF ∥AB ，AB =2EF =2,沿着AB 将图形折成图2，其中AED ∠90,,AE ED H =︒=为AD 的中点.（Ⅰ）求证：EH ⊥BD ；（Ⅱ）求四棱锥D -ABFE 的体积.4.如图，四棱锥P -ABCD 中，侧面PAD 为等边三角形，且平面⊥PAD 底面ABCD ，121===AD BC AB ，090=∠=∠ABC BAD .（1）证明：：AB PD ⊥；（2）点M 在棱PC 上，且CP CM λ=，若三棱锥ACM D -的体积为31，求实数λ的值. 5.已知ABCD 是矩形，PD ⊥平面ABCD ，PD =DC =a ，2AD a =，M 、N 分别是AD 、PB 的中点。
（Ⅰ）求证：平面MNC ⊥平面PBC ；（Ⅱ）求点A 到平面MNC 的距离。
6.在直三棱柱ABC －A 1B 1C 1中，AB =AC ，E 是BC 的中点.（1）求证：平面AB 1E ⊥平面B 1BCC 1；（2）求证：A 1C ∥平面AB 1E ．7.如图，ABCD 为矩形，点A 、E 、B 、F 共面，且ABE ∆和ABF ∆均为等腰直角三角形，且BAE AFB ∠=∠=90°．（Ⅰ）若平面ABCD ⊥平面AEBF ，证明平面BCF ⊥平面ADF ；（Ⅱ）问在线段EC 上是否存在一点G ，使得BG ∥平面CDF ，若存在，求出此时三棱锥G -ABE 与三棱锥G -ADF 的体积之比．8.如图，四边形ABCD 为菱形，ACEF 为平行四边形，且平面ACEF ⊥平面ABCD ，设BD 与AC 相交于点G ，H 为FG 的中点.（Ⅰ）证明：BD ⊥CH ；（Ⅱ）若AB =BD =2，AE =3，CH =32，求三棱锥F -BDC 的体积.9.如图，四边形ABCD 是平行四边形，平面AED ⊥平面ABCD ，EF ∥AB ，AB =2,BC = EF =1,6AE =,DE =3,60BAD ∠=，G 为BC 的中点.（1）求证：FG ∥平面BED ；（2）求证：BD ⊥平面AED ；（3）求点F 到平面BED 的距离.10.如图，在底面为梯形的四棱锥S -ABCD 中，已知//AD BC ，60ASC ∠=，2AD DC ==，2SA SC SD ===.（1）求证：AC SD ⊥；（2）求三棱锥B -SAD 的体积.11.如图，在四棱锥P －ABCD 中，平面PCD ⊥平面ABCD ，112AB AD CD ===， ∠BAD ＝∠CDA ＝90°，2PC PD ==．（1）求证：平面P AD ⊥平面PBC ；（2）求直线PB 与平面P AD 所成的角；（3）在棱PC 上是否存在一点E 使得直线BE ∥平面P AD ，若存在求PE 的长，并证明你的结论． 12.如图，三棱柱ABC -A 1B 1C 1中，侧面BB 1C 1C 是菱形，其对角线的交点为O ，且AB =AC 1，1AB B C ⊥.（1）求证：AO ⊥平面BB 1C 1C ；（2）若12BB =，且1160B BC B AC ∠=∠=︒，求三棱锥C 1-ABC 的体积.13.如图，在四棱锥P -ABCD 中，PA ⊥平面ABCD ，底面ABCD 是菱形，AB =2，60BAD ∠=︒．（1）求证：平面PBD ⊥平面P AC ；（2）若PA AB =，M 为线段PC 的中点，求三棱锥C -MBD 的体积。
高中数学立体几何大题题库答案
立体几何解答题题库答案1.（1）作法:取BC 的中点H ,连接AH ,则直线AH 即为要求作的直线l ．证明如下:,PA AB PA AC ⊥⊥,且AB AC A =,PA ∴⊥平面ABC ．平面//α平面PAB ,且α平面11PAC P A =,平面PAB平面PAC PA =． 11P A ∴⊥平面ABC ,11PA AH ∴⊥． 又AB AC =,H 为BC 的中点,则AH BC ⊥,从而直线AH 即为要求作的直线l ．（2）α将三棱锥P ABC -分成体积之比为8:19的两部分,∴四面体111P A B C 的体积与三棱锥P ABC -分成体积之比为8:27,又平面//α平面PAB ,11123AC B C PC AC BC PC ∴===． 易证//PA 平面111P A B ,则P 到平面111P A B 的距离1d 即为A 到平面111P A B 的距离,111d AA ∴==又D 为1B C 的中点,D ∴到平面111P A B 的距离21112d AC ==, 故四棱锥111A PPDB -的体积()1211422323V d d =⨯+⨯⨯⨯=． 2.(1)由几何体的三视图可知,底面ABCD 是边长为4的正方形,PA ⊥平面ABCD ,PA ∥EB ,且PA ＝,BE ＝,AB ＝AD ＝CD ＝CB ＝4,∴V P －ABCD ＝13PA ×S ABCD ＝13××4×4┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉4分 （2）证明:连结AC 交BD 于O 点,取PC 中点F ,连结OF ,∵EB ∥PA ,且EB ＝12PA ,又OF ∥PA ,且OF ＝12PA ,∴EB ∥OF ,且EB ＝OF ,∴四边形EBOF 为平行四边形,∴EF ∥BD .又EF ⊂平面PEC ,BD ⊄平面PEC ,所以BD ∥平面PEC .┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉8分解法二:可取PA 的中点Q,证明平面PEC ∥平面BDQ.BD ⊂平面BDQ.所以BD ∥平面PEC .(3)存在,点M 为线段BC 上任意一点. 证明如下:连结BP ,∵EBAB ＝BA PA ∠EBA ＝∠BAP ＝90°, ∴△EBA ∽△BAP ,∴∠PBA ＝∠BEA ,∴∠PBA ＋∠BAE ＝∠BEA ＋∠BAE ＝90°,∴PB ⊥AE . 又∵BC ⊥平面APEB ,∴BC ⊥AE ,∴AE ⊥平面PBC ,∴点M 为线段BC 上任意一点,均可使得AE ⊥PM. ┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉12分3.（Ⅰ）在梯形ABCD 中,∵CD AB //,CB AD =,∴=∠BAD 60ABC ∠=,∴=∠ADC 120=∠BCD ,∵1==DC AD .∴=∠CAD 30=∠ACD ,∴ 90=∠ACB ,∴AC BC ⊥.（4分）∵平面ACFE ⊥平面ABCD ,平面 ACFE 平面ABCD AC =,∴⊥BC 平面ACFE .（Ⅱ）在ADC ∆中,-+=222DC AD AC ADC DC AD ∠⋅cos 23=,∴3=AC .分别以CF CB CA ,,为x 轴,y 轴,z 轴建立平面直角坐标系, 设h CF =,则)0,0,0(C ,)0,0,3(A ,)0,1,0(B ,)0,0,21(D ,),0,0(h F ,则)0,1,21(-=BD ,),1,0(h BF -=,易知平面BCF 的一个法向量为)0,0,1(=m , ∵平面BDF 的法向量为),,(z y x =,∴⎪⎩⎪⎨⎧=⋅=⋅,0,0BF n BD n 即⎪⎩⎪⎨⎧=+-=-,0,021hz y y x 令1=z ,则h x 2=,h y =, ∴平面BDF 的法向量为)1,,2(h h =,∵二面角D BF C --的平面角的余弦值为66, ∴>=<n m ,cos 1522+h h66=,解得1=h ,即1=CF .（10分） 所以六面体ABCDEF 的体积为:=ABCDEF V ACFE B V -ACFE D V -+BC S ACFE ⨯=正方形31D ACFE y S ⨯+正方形3121211311131=⨯⨯+⨯⨯=.（12分）4.（1）证明:取AD 的中点O,连OC,OP∵∆PAD 为等边三角形,且O 是边AD 的中点∴AD PO ⊥∵平面PAD ⊥底面ABCD ,且它们的交线为AD∴ABCD PO 平面⊥∴PO BA ⊥∵O PO AD AD BA =⊥ 且,∴PAD AB 平面⊥∴AB PD ⊥（2）设点M 到平面ACD 的距离为h ∵31==--ACD M ACM D V V ∴3131=⋅∆h S ACD ∴11ACD h S ∆== ∵31==OP h CP CM∴λ== 5.（I ）连PM 、MB ∵PD ⊥平面ABCD ∴PD ⊥MD222222222323a AM AB BM a MD PD PM =+==+=∴又 ∴PM=BM 又PN=NB ∴MN ⊥PB,22,BC a PC a BC a DC PD ==∴===得NC ⊥PB MN NC N = ∴PB ⊥平面MNC⊂PB 平面PBC∴平面MNC ⊥平面PBC（II ）取BC 中点E,连AE,则AE//MC ∴AE//平面MNC,A 点与E 点到平面MNC 的距离相等取NC 中点F,连EF,则EF 平行且等于21BN ∵BN ⊥平面MNC ∴EF ⊥平面MNC,EF 长为E点到平面MNC 的距离 ∵PD ⊥平面ABCD,PD BC ∴⊥ 又BC ⊥DC BC ∴⊥面PCD ∴BC ⊥PC.24121,222a PB BN EF a PC BC PB ====+=∴ 即点A 到平面MNC 的距离为2a 6.（2）连接A 1B ,设A 1B ∩AB 1=F ,连接EF ．在直三棱柱ABC －A 1B 1C 1中,四边形AA 1B 1B 为平行四边形,所以F 为A 1B 的中点．又因为E 是BC 的中点,所以EF ∥A 1C ．因为EF 在平面AB 1E 内,A 1C 不在平面AB 1E 内,所以A 1C ∥平面AB 1E ．7.证明:（1）∵ABCD 为矩形,∴BC ⊥AB,又∵平面ABCD ⊥平面AEBF,BC ⊂平面ABCD,平面ABCD∩平面AEBF=AB, ∴BC ⊥平面AEBF, ……………（2分）又∵AF ⊂平面AEBF,∴BC ⊥AF. ……………（3分）∵∠AFB=90°,即AF ⊥BF,且BC 、BF ⊂平面BCF,BC∩BF=B , ∴AF ⊥平面BCF. ……………（5分）又∵AF ⊂平面ADF,∴平面ADF ⊥平面BCF. ………………………………（6分）（2）∵BC ∥AD,AD ⊂平面ADF,∴BC ∥平面ADF.∵ABE ∆和ABF ∆均为等腰直角三角形,且BAE AFB ∠=∠=90°,∴∠FAB=∠ABE=45°,∴AF ∥BE,又AF ⊂平面ADF,∴BE ∥平面ADF,∵BC∩BE=B ,∴平面BCE ∥平面ADF.延长EB 到点H,使得BH =AF,又BC //AD,连CH 、HF,易证ABHF 是平行四边形, ∴HF //AB //CD,∴HFDC 是平行四边形,∴CH ∥DF.过点B 作CH 的平行线,交EC 于点G,即BG ∥CH ∥DF,（DF ⊂平面CDF ）∴BG ∥平面CDF,即此点G 为所求的G 点. ………………………………（9分） 又22AF BH ==,∴EG=23EC ,又2ABE ABF S S ∆∆=, 2444433333G ABE C ABE C ABF D ABF B ADF G ADF V V V V V V ------=====, 故43G ABE G ADF V V --=..………………………………（12分） 8.（1）证明: 四边形ABCD 为菱形 AC BD ⊥∴,………………1分又Q 面ACFE ⋂面ABCD =ACABCD BD 平面⊂∴………………2分面ABCD ⊥面ACFE C………………3分ACFE BD 面⊥∴,………………4分Q ACFE CH 面⊂ ………………5分CH BD ⊥∴………………………………6分（2）在FCG ∆中,GF CH CH CF CG ⊥===,23,3 所以︒=∠120GCF ,………………6分3=GF ………………8分ACFE BD 面⊥ ,ACFE GF 面⊂GF BD ⊥∴,………………9分3322121=⨯⨯=⋅=∆GF BD S BDF …………………………………. 10分 又BD CH ⊥∴,GF CH ⊥,G GF BD =⋂∴,BDF GF BD 平面⊂∴,∴CH ⊥平面BDF . . . . . . . . . . . . . 12分232333131=⋅⋅=⋅⋅==∆--CH S V V BDF BDF C BDC F ……………………………14分 9.（1）证明:取BD 的中点O ,连接OE ,OG在BCD ∆中,因为G 是BC 的中点,所以OG ∥DC 且112OG DC ==,……………1分 因为EF ∥AB ,AB ∥DC ,1EF =,所以EF ∥OG 且EF OG =,……………………2分所以四边形OGFE 是平行四边形,所以FG ∥OE , ………………………3分 又FG ⊄平面BED ,OE ⊂平面BED ,所以FG ∥平面BED ． ……………………………4分（2）证明:在ABD ∆中,1AD =,2AB =,60BAD ∠=,由余弦定理得BD ==…………………………5分 因为222314BD AD AB +=+==,所以BD AD ⊥. …………………………6分因为平面AED ⊥平面ABCD ,BD ⊂平面ABCD ,平面AED 平面ABCD AD =, 所以BD ⊥平面AED . ……………………………7分（3）解法1:由（1）FG ∥平面BED ,所以点F 到平面BED 的距离等于点G 到平面BED 的距离, ……………………8分设点G 到平面BED 的距离为h ,过E 作EM DA ⊥,交DA 的延长线于M ,则EM ⊥平面ABG ,所以EM 是三棱锥E ABG -的高． ……………………9分 由余弦定理可得2cos 3ADE ∠=,所以sin ADE ∠=,sin EM DE ADE =⋅∠=. …………………………10分12DBG S DB BG ∆=⋅=12BDE S BD DE ∆=⋅= 因为G BDE E DBG V V--=,………………………………11分即1133BDE DBG S h S EM ∆∆⋅=⋅,解得h = 所以点F 到平面BED 的距离为65． ………………………………12分解法2:因为EF ∥AB ,且12EF AB =, 所以点F 到平面BED 的距离等于点A 到平面BED 的距离的12, ……………8分 由（2）BD ⊥平面AED .因为BD ⊂平面BED ,所以平面BED ⊥平面AED ．过点A 作AH DE ⊥于点H ,又因为平面BED 平面AED ED =,故⊥AH 平面BED . 所以AH 为点A 到平面BED 的距离．…………………9分在ADE ∆中,6,3,1===AE DE AD , 由余弦定理可得2cos 3ADE ∠=所以sin ADE ∠=, …………………10分 因此35sin =∠⋅=ADE AD AH , ……………………………………………………11分所以点F 到平面BED 的距离为65． ………………………………………………12分10.（1）设O 为AC 的中点,连接OS ,OD ,∵SA SC =,∴OS AC ⊥,∵DA DC =,∴DO AC ⊥,又,OS OD ⊂平面SOD ,且OS OD O =,AC ⊥平面SOD ,又SD ⊂平面SOD ,∴AC SD ⊥.（2）连接BD ,在ASC ∆中,∵SA SC =,60ASC ∠=,O 为AC 的中点,∴ASC ∆为正三角形,且2AC =,OS =∵在ASC ∆中,2224DA DC AC +==,O 为AC 的中点,∴90ADC ∠=,且1OD =,∵在SOD ∆中,222OS OD SD +=,∴SOD ∆为直角三角形,且90SOD ∠=,∴SO OD ⊥又OS AC ⊥,且ACDO O =,∴SO ⊥平面ABCD . ∴B SAD S BAD V V --=13BAD S SO ∆=⋅⋅1132AD CD SO =⨯⋅⋅⋅11323=⨯=. 11.证明(1)因为∠BAD ＝∠CDA ＝90°,所以//AB CD ,四边形ABCD 为直角梯形,2CD =又PC PD ==222CD PC PD +=PD PC ∴⊥又,,AD CD AD PAD ⊥⊂,CD,PCD ABCD PCD ABCD ⊥=平面平面平面平面 AD PCD ∴⊥平面 又PC PBC ⊂平面 ,AD PC ∴⊥,,,PD PC PD PA A PD PA PAD ⊥=⊂点平面PC PAD ∴⊥平面,PC PBC ⊂平面所以平面P AD ⊥平面PBC ……………………4分(2)30°…………………………………8分(3)存在E 为PC 中点,即PE =满足条件……………………………12分 12.（1)证明:∵四边形11BB C C 是菱形,∴11B C BC ⊥,∵11,AB B C AB BC B ⊥⋂=, ∴1B C ⊥平面1ABC ,又AO ⊂平面1ABC ,∴1B C AO ⊥．∵1AB AC =,O 是1BC 的中点,∴1AO B C ⊥,∵11B C BC O ⋂=,∴AO ⊥平面11BB C C …………… ……6分（2）菱形11BB C C 的边长为2,又1160,B BC BB C ∠=︒∴∆是等边三角形,则12B C =. 由（1）知,1AO B C ⊥,又O 是1B C 的中点,1AB AC ∴=,又1160,B AC AB C ∠=︒∴∆是等边三角形,则112AC AB B C ===.在Rt ACO ∆中,22AO ===分11111122sin1201332C ABC A BCC BCC V V S AO --∆∴==⋅=⨯⋅⋅⋅=……………12分 13.（Ⅰ）证明:∵四边形ABCD 是菱形,∴AC BD ⊥.又∵PA ⊥平面ABCD ,BD ⊂≠平面ABCD ,∴PA BD ⊥．又PA AC A =,PA ⊂≠平面PAC ,AC ⊂≠平面PAC ,∴BD ⊥平面PAC ,∵BD ⊂≠平面PBD ,∴平面PBD ⊥平面PAC .（Ⅱ）解:BCD 11=221=3223C BDM M V V --=⨯⨯⨯⨯ 14. （1）证明:因为底面ABCD 为矩形,所以AD ∥BC ．AD BCAD ADF BC ADF BC ADF ⎫⎪⊂⇒⎬⎪⊄⎭∥平面∥平面平面,BC ADFBC BCPQ BC PQ BCPQ ADF PQ ⎫⎪⊂⇒⎬⎪=⎭∥平面平面∥平面平面,PQ BC PQ ABCD PQ ABCD BC ABCD ⎫⎪⊄⇒⎬⎪⊂⎭∥平面∥平面平面．（2）解:由CD ⊥BE ,CD ⊥CB ,易证CD ⊥CE ,由BC ⊥CD ,BC ⊥FD ,易证BC ⊥平面CDFE ,所以CB ⊥CE ,即CD ,CE ,CB 两两垂直．连接FB ,FC ,则CD ＝2,BC ＝3,1(23)123F ABCD V -=⨯⨯⨯=, 111(31)1322F BCE V -=⨯⨯⨯⨯=, 15222ABCDEF F ABCD F BCE V V V --=+=+=．15.（1）证明:因为AB =1BC =,090ABC ∠=,所以2AC =,060BCA ∠=,在△ACD 中,AD =2AC =,060ACD ∠=,由余弦定理可得:2222cos AD AC CD AC CD ACD =+-∠解得:CD =4所以222AC AD CD +=,所以△ACD 是直角三角形,又E 为CD 的中点,所以12AE CD CE == 又060ACD ∠=,所以△ACE 为等边三角形,所以060CAE BCA ∠==∠,所以//BC AE ,又AE ⊂平面SAE ,BC ⊄平面SAE ,所以BC ∥平面SAE .（2）解:因为SA ⊥平面ABCD ,所以SA 同为三棱锥S BCE -与四棱锥S ABED -的高.由（1）可得0120BCE ∠=,122CE CD ==,所以1sin 2BCE S BC CE BCE ∆=⨯⨯∠1122=⨯⨯=.BCE ABED ABCD S S S ∆=-四边形四边形ABC ACD BCD S S S ∆∆∆=+-111222=+⨯⨯=.所以::1:4BCE ABED S S ∆==四边形 故:三棱锥S BCE -与四棱锥S BEDA -的体积比为1:4.16.（Ⅰ）取PA 的中点G,连FG,由题可知:BF=FP ,则FG //AB FG = 12AB ,又CE= ED ,可得:DE//AB 且DE = 12AB , ∴ FG //DE 且FG = DE ,∴四边形DEFG 为平行四边形,则EF //DG且EF =DG ,DG ⊂平面PAD ；EF ⊄平面PAD,∴ EF//平面PAD ⋯⋯⋯4分（Ⅱ）由PD ⊥平面ABCD ,PD ⊂平面PAD ,∴ 平面PAD ⊥平面ABCD,且交线为AD,又底面ABCD 是矩形,∴ BA ⊥ AD,∴BA ⊥ 平面PAD ,∴平面PAB ⊥平面PAD,其交线为PA ,又PD=AD,G 为PA 的中点,∴DG ⊥ PA,∴ DG ⊥平面PAB ,由（Ⅰ）知:EF // DG , ∴ EF ⊥平面PAB ⋯⋯⋯8分（Ⅲ）由得,AD=PD=1,F 为PB 的中点,∴ AEF P V -= AEF B V - = ABE F V -= ABE P V -21=PD S ABE ⋅⋅⋅∆3121 = 112213121⋅⋅⋅⋅⋅= 122⋯⋯⋯⋯12分 17.(1)见解析；（2.解:（1）证明:∵OD ABCD ⊥平面,PA QD ∥,∴PA ABCD ⊥平面,又∵BC ABCD ⊂平面,∴PA BC ⊥,又BC AB ⊥,PA PAB ⊂平面,AB PAB ⊂平面,PAAB A =,∴BC PAB ⊥平面,又∵BC QBC ⊂平面,∴平面PAB QBC ⊥平面. --------------------------518.（1）证明:∵平面PAD 垂直矩形平面ABCD ,∴CD ⊥平面PAD取DC 中点H,连接EH,EH ⊥CD,连接FH,则FH ⊥CD则CD ⊥平面EHF,∴平面EHF//平面PAD,又EF ∈平面EHF∴EF 平行PAD ； …………4分（2）证明:∵平面PAD 垂直矩形平面ABCD ,角CDA=90度,CD ⊥平面PAD,又平面PAD∩平面PDC 于PD,又DC ∈平面PDC,∴平面PDC 垂直平面PAD ………8分分19.（1）连结AB 1交A 1B 于点O,则O 为AB 1中点, D AC OD B CCD A BD B C A BD B C A BD∴⊂⊄∴１１１１１１是的中点又平面，平面平面20.（1）证明:连接BD ,交AC 于F ,连接EF .∵四边形ABCD 为正方形∴F 为BD 的中点∵E 为PB 的中点,∴EF ∥PD 又∵PD ⊄面ACE ,EF ⊂面ACE ,∴PD ∥平面ACE .（2）.取AB 中点为G ,连接EG .∵E 为PB 的中点,∴EG ∥P A∵PA ⊥平面ABCD ,∴EG ⊥平面ABCD ,即EG 是三棱锥E ADC -的高,在Rt PAB ∆中,PB =4AB =,则4PA =, 2EG =,∴三棱锥E ADC -的体积为1116442323⨯⨯⨯⨯=. 21.（Ⅰ）证明:∵四边形ABCD 是矩形,∴CD ⊥BC .∵平面PBC ⊥平面ABCD ,平面PBC ∩平面ABCD =BC ,CD ⊂平面ABCD ,∴CD ⊥平面PBC ,∴CD ⊥PB .∵PB ⊥PD ,CD ∩PD =D ,CD 、PD ⊂平面PCD ,∴PB ⊥平面PCD .∵PB ⊂平面P AB ,∴平面P AB ⊥平面PCD .（Ⅱ）取BC 的中点O ,连接OP 、OE .∵PB ⊥平面PCD ,∴PB PC ⊥,∴112OP BC ==, ∵PB PC =,∴PO BC ⊥．∵平面PBC ⊥平面ABCD ,平面PBC ∩平面ABCD =BC ,PO ⊂平面PBC ,∴PO ⊥平面ABCD ,∵AE ⊂平面ABCD ,∴PO ⊥AE .∵∠PEA =90O , ∴PE ⊥AE .∵PO ∩PE=P ,∴AE ⊥平面POE ,∴AE ⊥OE .∵∠C=∠D =90O , ∴∠OEC =∠EAD ,∴Rt OCE Rt EDA ∆∆,∴OC CE ED AD=． ∵1OC =,2AD =,CE ED =,∴CE ED ==111332A PED P AED AED V V S OP AD ED OP --==⋅=⨯⋅⋅112132=⨯⨯= 22.（1）证明:因为23λ=,所以23CE CS =,在线段CD 上取一点F 使23CF CD =,连接EF,BF,则EF ∥SD 且DF ＝1． 因为AB ＝1,AB ∥CD,∠ADC ＝90°,所以四边形ABFD 为矩形,所以CD ⊥BF ．又SA ⊥平面ABCD,∠ADC ＝90°,所以SA ⊥CD,AD ⊥CD ．因为AD∩SA ＝A,所以CD ⊥平面SAD, PCBAE DO所以CD ⊥SD,从而CD ⊥EF ．因为BF∩EF ＝F,所以CD ⊥平面BEF ．又BE ⊂平面BEF,所以CD ⊥BE ．（2）解:由题设得,111()2332S BCD BCD V S SA CD AD SA -=⋅=⨯⨯⨯⨯=△,又因为SB ==BD ==SD =,所以12SBD S SD =⋅=△,设点C 到平面SBD 的距离为h,则由V S —BCD ＝V C —SBD 得h =,因为13CE CS =,所以点E 到平面SBD 的距离为23h =．23.证明:（1）∵几何体1111ABCD A B C D -为四棱柱,∴四边形11BCC B 为平行四边形,即BC ∥11B C ,且BC =11B C ,……………2分又∵底面ABCD 为等腰梯形,∴BC ∥AM ,即AM ∥11B C , ………………………3分又∵22AD AB BC ==,且M 为边AD 的中点,∴AM BC =,即AM =11B C ,……………4分则四边形11AMC B 为平行四边形,即1C M ∥1AB , ………………………………5分 又∵1C M ⊄平面11A ABB ,1A B ⊂平面11A ABB ,∴1C M ∥平面11A ABB , ……………………………………………………7分（2）∵BC ∥AM ,且AM BC =,∴四边形AMCB 为平行四边形, 又∵2AD AM AB ==,∴四边形AMCB 为茭形,则BM ⊥AC , ……………9分 又∵1CB ⊥底面ABCD ,且BM ⊂底面ABCD ,∴BM ⊥1CB , ……………11分 又∵1AC CB C =,且AC ⊂平面1ACB ,1CB ⊂平面1ACB ,∴BM ⊥平面1ACB , ……………………………………………………13分 又∵BM ⊂底面1B BM ,∴平面1B BM ⊥平面1ACB ……………………………14分 24.（Ⅰ）证明:取BC 中点M ,连接,DM PM可知1MD AB ==且MD BC ⊥又,2PB PC BC ⊥=,∴在Rt PBC ∆有1PM = 又2PD =,222PD PM MD ∴=+,即MD PM ⊥ ………………………3分又,,MD BC PM BC M PM ⊥=⊂平面PBC ,BC ⊂平面PBCMD ∴⊥平面PBC , ………………………5分 又MD ⊂平面ABCD∴平面PBC ⊥平面ABCD ………………………6分（Ⅱ）设点D 到平面PAB 的距离为h,PC PB PC PB =⊥,PM BC ∴⊥ 又平面PBC ⊥平面ABCD ,且平面PBC 平面ABCD BC =PM ∴⊥面ABCD ………………………8分1111||1113326P ABD ABD V PM S -∆∴==⨯⨯⨯⨯=………………………9分在PAB ∆中有1,PB AB PA ===,222,PB AB PA PB AB ∴+=∴⊥∴2PAB S ∆=…………………10分1113326D ABP ABP V S h h -∆=⋅=⨯=,2h ∴=所以点D 到平面PAB.………………………12分 25.（1）因为//BC 平面SDM, BC ⊂平面ABCD,平面SDM 平面ABCD=DM,所以DM BC //,因为DC AB //,所以四边形BCDM 为平行四边形,又CD AB 2=,所以M 为AB 的中点． 因为AM λ=,12λ∴=． （2）因为BC ⊥SD , BC ⊥CD ,所以BC ⊥平面SCD ,又因为BC ⊂平面ABCD ,所以平面SCD ⊥平面ABCD ,平面SCD 平面ABCD CD =,在平面SCD 内过点S 作SE ⊥直线CD 于点E ,则SE ⊥平面ABCD , 在Rt △SEA 和Rt △SED 中,因为SA SD =,所以AE DE ==, 又由题知45EDA ∠=,所以AE ED ⊥,由已知求得AD =,所以1AE ED SE ===,连接BD,则111133S ABD V -=⨯⨯=三棱锥,又求得△SAD所以由B ASD S ABD V V --=三棱锥三棱锥点B 到平面SAD ．26.（1）由已知,平面ABCD, ∵平面, 又∵,∴平面． 因平面EBD,则平面平面BDE ． （2）法1:记AC 交BD 于点O,连PO,由（1）得平面平面BDP,且交于直线PO, 过点E 作于H,则平面PBD, ∴为BE 与平面PBD 所成的角． ∵,∴． ∴．又,则．于是,直线BE与平面PBD所成角的正弦值是．法2:（等体积法）∵,∴E点到平面PBD的距离为．又,则．于是,直线BE与平面PBD所成角的正弦值是．27.（1）又又（2）设,则.过作,为垂足,为中点....四棱锥P-ABCD的侧面积为:,。
立体几何大题题库
立体几何解答题题库1.如图，在三棱锥P -ABC 中，P A ，PB ，PC 两两垂直，P A =AB =AC =3，平面//α平面P AB ，且α与棱PC ，AC ，BC 分别交于P 1，A 1，B 1三点．（1）过A 作直线l ，使得l BC ⊥，11l P A ⊥，请写出作法并加以证明；（2）若α将三棱锥P -ABC 分成体积之比为8:19的两部分（其中，四面体P 1A 1B 1C 的体积更小），D 为线段B 1C 的中点，求四棱锥A 1-PP 1DB 1的体积．2.如图所示是一个几何体的直观图、正视图、俯视图、侧视图(其中正视图为直角梯形，俯视图为正方形，侧视图为直角三角形，尺寸如图所示)．(1)求四棱锥P -ABCD 的体积；(2)证明：BD ∥平面PEC ；(3)线段BC 上是否存在点M ，使得AE ⊥PM ？若存在，请说明其位置，并加以证明；若不存在，请说明理由．3.如图1所示，平面多边形CDEF 中，四边形ABCD 为正方形，EF ∥AB ，AB =2EF =2,沿着AB 将图形折成图2，其中AED ∠90,,AE ED H =︒=为AD 的中点.（Ⅰ）求证：EH ⊥BD ；（Ⅱ）求四棱锥D -ABFE 的体积.4.如图，四棱锥P -ABCD 中，侧面PAD 为等边三角形，且平面⊥PAD 底面ABCD ，121===AD BC AB ，090=∠=∠ABC BAD .（1）证明：：AB PD ⊥；（2）点M 在棱PC 上，且CP CM λ=，若三棱锥ACM D -的体积为31，求实数λ的值. 5.已知ABCD 是矩形，PD ⊥平面ABCD ，PD =DC =a ，2AD a =，M 、N 分别是AD 、PB 的中点。
（Ⅰ）求证：平面MNC ⊥平面PBC ；（Ⅱ）求点A 到平面MNC 的距离。
6.在直三棱柱ABC －A 1B 1C 1中，AB =AC ，E 是BC 的中点.（1）求证：平面AB 1E ⊥平面B 1BCC 1；（2）求证：A 1C ∥平面AB 1E ．如图，ABCD 为矩形，点A 、E 、B 、F 共面，且ABE ∆和ABF ∆均为等腰直角三角形，且BAE AFB ∠=∠=90°．（Ⅰ）若平面ABCD ⊥平面AEBF ，证明平面BCF ⊥平面ADF ；（Ⅱ）问在线段EC 上是否存在一点G ，使得BG ∥平面CDF ，若存在，求出此时三棱锥G -ABE 与三棱锥G -ADF 的体积之比．8.如图，四边形ABCD 为菱形，ACEF 为平行四边形，且平面ACEF ⊥平面ABCD ，设BD 与AC 相交于点G ，H 为FG 的中点.（Ⅰ）证明：BD ⊥CH ；（Ⅱ）若AB =BD =2，AE =3，CH =32，求三棱锥F -BDC 的体积.9.如图，四边形ABCD 是平行四边形，平面AED ⊥平面ABCD ，EF ∥AB ，AB =2,BC = EF =1,6AE =,DE =3,60BAD ∠=，G 为BC 的中点.（1）求证：FG ∥平面BED ；（2）求证：BD ⊥平面AED ；（3）求点F 到平面BED 的距离.如图，在底面为梯形的四棱锥S -ABCD 中，已知//AD BC ，60ASC ∠=，2AD DC ==，2SA SC SD ===.（1）求证：AC SD ⊥；（2）求三棱锥B -SAD 的体积.11.如图，在四棱锥P －ABCD 中，平面PCD ⊥平面ABCD ，112AB AD CD ===， ∠BAD ＝∠CDA ＝90°，2PC PD ==．（1）求证：平面P AD ⊥平面PBC ；（2）求直线PB 与平面P AD 所成的角；（3）在棱PC 上是否存在一点E 使得直线BE ∥平面P AD ，若存在求PE 的长，并证明你的结论． 12.如图，三棱柱ABC -A 1B 1C 1中，侧面BB 1C 1C 是菱形，其对角线的交点为O ，且AB =AC 1，1AB B C ⊥.（1）求证：AO ⊥平面BB 1C 1C ；（2）若12BB =，且1160B BC B AC ∠=∠=︒，求三棱锥C 1-ABC 的体积.13.如图，在四棱锥P -ABCD 中，PA ⊥平面ABCD ，底面ABCD 是菱形，AB =2，60BAD ∠=︒．（1）求证：平面PBD ⊥平面P AC ；（2）若PA AB =，M 为线段PC 的中点，求三棱锥C -MBD 的体积。
高中数学立体几何测试题(10套)
∴ BD ∥平面 PMN ，
位置关系为
平行
。
∴ O 到平面 PMN 的距离即为 BD 到平面 PMN 的距离。
11 、a,b 为异面直线，且 a,b 所成角为 40 °，直线 c 与 a,b 均异面，且所成角均为
∵ BD ⊥ AC ， MN ∥ BD
∵ PA⊥面 ABCD
θ，若这样的 c 共有四条，则 θ的范围为 (70 °， 90° ) 。
D
C
A
B
D1 A1
C1 B1
17 、 已知异面直线 a， b 的公垂线段 AB 的中点为 O，平面 满足 a∥ ， b∥ ， 且 O ， M 、 N 是 a， b 上的任意两点， MN ∩ ＝ P，求证： P 是 MN 的中
点
A aM
O
P
BN b
.
立几面测试 001
参考答 案
一、 1- 8 ACDDBDBA
2、已知 m， n 为异面直线， m∥平面 ， n∥平面 ， ∩ =l ，则 l（ ） （ A）与 m， n 都相交 （ B）与 m，n 中至少一条相交 （ C）与 m， n 都不相交 （ D ）与 m， n 中一条相交
3、已知 a， b 是两条相交直线， a∥ ，则 b 与 的位置关系是 （ ）
A 、 b∥
PAM
∵ AB=2 ， BM=1 ， CM=1
∴ AM= 5 ，
P
A H
O
.
B
F M
B
D N C
立几面测试 003
一、选择题
1．异面直线是指
(A) 在空间内不能相交的两条直线
(B) 分别位于两个不同平面的两条直线
(C) 某一个平面内的一条直线和这个平面外的一条直线
立体几何经典试题(含答案)
1. 如图，三棱柱ABC －A 1B 1C 1中，侧棱垂直底面，∠ACB=90°，AC=BC=12AA 1，D 是棱AA 1的中点(Ｉ)证明：平面BDC 1⊥平面BDC（Ⅱ）平面BDC 1分此棱柱为两部分，求这两部分体积的比.【解析】（Ⅰ）由题设知BC ⊥1CC ,BC ⊥AC ，1CC AC C ⋂=,∴BC ⊥面11ACC A , 又∵1DC ⊂面11ACC A ，∴1DC BC ⊥,由题设知01145A DC ADC ∠=∠=,∴1CDC ∠=090,即1DC DC ⊥, 又∵DC BC C ⋂=, ∴1DC ⊥面BDC , ∵1DC ⊂面1BDC ， ∴面BDC ⊥面1BDC ；（Ⅱ）设棱锥1B DACC -的体积为1V ，AC =1，由题意得，1V =1121132+⨯⨯⨯=12，由三棱柱111ABC A B C -的体积V =1，∴11():V V V -=1:1， ∴平面1BDC 分此棱柱为两部分体积之比为1:1. 2. 如图5所示，在四棱锥P ABCD -中，AB ⊥平面PAD ，//AB CD ，PD AD =，E 是PB 的中点，F 是CD 上的点且12DF AB =，PH 为△PAD 中AD 边上的高.（1）证明：PH ⊥平面ABCD ；（2）若1PH =，AD =，1FC =，求三棱锥E BCF -的体积；（3）证明：EF ⊥平面PAB .B 1C BADC 1A 1【解析】（1）证明：因为AB ⊥平面PAD ，所以PH AB ⊥。
因为PH 为△PAD 中AD 边上的高， 所以PH AD ⊥。
因为AB AD A = ，所以PH ⊥平面ABCD 。
（2）连结BH ，取BH 中点G ，连结EG 。
因为E 是PB 的中点， 所以//EG PH 。
因为PH ⊥平面ABCD ，所以EG ⊥平面ABCD 。
则1122EG PH ==， 111332E B C F B C FV S E G F C A D G -∆=⋅=⋅⋅⋅⋅=12。
立体几何大题训练及答案
1、如图，正方形所在平面与平面四边形所在平面互相垂直，△是等腰直角三角形，（1）线段的中点为，线段的中点为，求证：；（2）求直线与平面所成角的正切值.解：（1）取的中点为，连,,则,面/面, .............. 分5（2）先证出面，.............. 分8为直线与平面所成角，................ 分11................ 分142、己知多面体ABCDE中，DE平面ACD,, AC=AD=CD=DE=2 AB =1, O 为CD 的中点.（1）求证：AO平面CDE（2）求直线BD与平面CBE所成角的正弦值3、如图，在△中，，，点在上，交于，交于•沿将△翻折成△，使平面平面；沿将△翻折成△ ，使平面平面．（ 1 ）求证：平面；（2 ）若，求二面角的平面角的正切值.解：（1）因为，平面，所以平面.因为平面平面，且，所以平面. …2分同理，平面，所以，从而平面. …4分所以平面平面，从而平面.2)因为，，所以，，，．过E作，垂足为M，连结.由( 1)知，可得，所以，所以.所以即为所求二面角的平面角，可记为.在Rt△中，求得，所以. …4、如图，平面ABC,平面BCD, DE=DA=AB=AC,. M(1) 求直线EM与平面BCD所成角的正弦值；(2) P为线段DM上一点，且DM，求证：AP//DE. (12)分15 分为BC中点.解：(1) 平面,为在平面上的射影,为与平面所成角. …分2平面,, 设,又,. 在△中，，，又为中点，， ,.…5分在△中，，．……………………分 (7)2),为中点, ．又平面, ,平面．又平面,,分11 …分9又，平面. .............. 分13又平面，. .............. 分145、如图，已知ABCD是边长为1的正方形，AF丄平面ABCD, CE// AF,(1)证明：BD丄EF;(2)若AF= 1，且直线BE与平面ACE所成角的正弦值为,求的值.解：(1)连结BD、AC,交点为O. •/ ABCD是正方形/• BD丄AC ……2分•/ AF丄平面ABCD A AF丄BD ……4分••• BD丄平面ACEF (6)A BD丄EF ……7分(2)连结0E,由(1)知，BD丄平面ACEF所以/ BEO即为直线BE与平面ACE所成的角. ……10分•/ AF丄平面ABCD, CE// AF , • CE丄平面ABCD, CE1 BC,•/ BC =1 , AF= 1 ,贝U CE= , BE= , B0=,• RtA BEO 中，，…1盼因为解得. …… 15分6、如图在几何体中平面ABC分别是的中点.(1) 求证：平面CDE；(2) 求二面角的平面角的正切值.解：(1)连接ACR1R交EC于点F ,由题意知四边形ACCR1RE是矩形,贝U F是ACR1R的中连接DF, •/ D是AB的中点，•ABCR1R勺中位线，a BCR1R//DF， 4 分•/ BCR1RF面EDC DF平面EDC,• BCR1R//平面CDE. 7 分(2)作AH丄直线CD,垂足为H ,连接HE,•/ AAR1R丄平面ABC, • AAR1RL DC,CD丄平面AHE,CD丄EH ,••• AHE是二面角E -CD -A的平面角. 11分•/ D是AB的中点，• AH等于点B到CD的距离，在厶BCD中，求得：AH=, 在厶AEH中，即所求二面角的正切值为.7、如图，已知平面与直线均垂直于所在平面，且,( 1 )求证：平面；(2)若，求与平面所成角的正弦值.解：(1)证明：过点作于点，•••平面丄平面，•平面……2分又•••丄平面•- 〃 , ......... 分又•••平面• 〃平面 ......... 分(2) •••平面•,又•/••………………分8•点是的中点，连结，则•平面•//,•四边形是矩形………………分10设得：，又•••，•，从而，过作于点，则：•是与平面所成角…………………………………………分…… •，• 与平面所成角的正弦值为…………………………分14&如图，在直三棱柱中，是等腰直角三角形，，侧棱AA仁2, D, E分别为点，点E在平面ABD上的射影是的重心.(1) 求证：DE// 平面ACB；(2) 求A1B与平面ABD所成角的正弦值.12CC1 与A1B 的中9、如图，在侧棱垂直于底面的三棱柱ABC-A1B1中，底面△ ABC为等腰直角三角形，/ B=90°D为棱BB1的中点。
立体几何经典习题集(含答案)
立体几何基础A 组题一、选择题：1．下列命题中正确命题的个数是 （ ） ⑴ 三点确定一个平面⑵ 若点P 不在平面α内，A 、B 、C 三点都在平面α内，则P 、A 、B 、C 四点不在同一平面内 ⑶ 两两相交的三条直线在同一平面内⑷ 两组对边分别相等的四边形是平行四边形A.0B.1C.2D.3答案：A2．已知异面直线a 和b 所成的角为︒50，P 为空间一定点，则过点P 且与a 、b 所成的角都是︒30的直线条数有且仅有 （ ） A.1条 B.2条 C.3条 D.4条答案：B 3．已知直线⊥l 平面α，直线⊂m 平面β，下列四个命题中正确的是 （ ） (1) 若βα//，则m l ⊥ (2) 若βα⊥，则m l // (3) 若m l //，则βα⊥ (4) 若 m l ⊥，则βα//A.(3)与（4）B.（1）与（3）C.（2）与（4）D.（1）与（2）答案：B4．已知m 、n 为异面直线，⊂m 平面α，⊂n 平面β，l =βα ，则l （ ） A.与m 、n 都相交 B.与m 、n 中至少一条相交 C.与m 、n 都不相交 D.至多与m 、n 中的一条相交答案：B5．设集合A={直线}，B={平面}，B A C =，若A a ∈，B b ∈，C c ∈，则下列命题中的真命题是 （ ）A. c a b a b c ⊥⇒⎭⎬⎫⊥// B.c a c b b a //⇒⎭⎬⎫⊥⊥ C.c a b c b a //////⇒⎭⎬⎫ D. c a b c b a ⊥⇒⎭⎬⎫⊥//答案：A6．已知a 、b 为异面直线，点A 、B 在直线a 上，点C 、D 在直线b 上，且AC=AD ，BC=BD ，则直线a 、b 所成的角为 （ ） A. ︒90 B. ︒60 C. ︒45 D. ︒30答案：A7．下列四个命题中正确命题的个数是 （ ） 有四个相邻侧面互相垂直的棱柱是直棱柱 各侧面都是正方形的四棱柱是正方体底面是正三角形，各侧面都是等腰三角形的三棱锥是正三棱锥A.1个B.2个C.3个D.0个答案：D8．设M={正四棱柱}，N={长方体}，P={直四棱柱}，Q={正方体}，则这些集合之间关系是 （ ） A.Q M N P B.Q M N P C.Q N M P D.Q N M P答案：B9．正四棱锥P —ABCD 中，高PO 的长是底面长的21，且它的体积等于334cm ，则棱AB 与侧面PCD 之间的距离是 （ ） A.cm 2 B. cm 2 C. cm 1 D.cm 22答案：A10．纬度为α的纬圈上有A 、B 两点，弧在纬圈上，弧AB 的长为απcos R （R 为球半径），则A 、B 两点间的球面距离为 （ ）A. R πB. R )(απ-C. R )2(απ-D. R )2(απ-答案：D11．长方体三边的和为14，对角线长为8，那么 （ ） A.它的全面积是66 B.它的全面积是132C.它的全面积不能确定D.这样的长方体不存在答案：D12．正四棱锥P —ABCD 的所有棱长都相等，E 为PC 的中点，那么异面直线BE 与PA 所成角的余弦值等于（ ）A.21B. 22C. 32D. 33答案：D13．用一个过正四棱柱底面一边的平面去截正四棱柱，截面是 （ ）A.正方形B.矩形C.菱形D.一般平行四边形答案：B二、填空题：14．正方体1111D C B A ABCD -中，E 、F 、G 分别为AB 、BC 、CC 1的重点，则EF 与BG 所成角的余弦值为________________________答案：510 15．二面角βα--a 内一点P 到两个半平面所在平面的距离分别为22和4，到棱a 的距离为24，则这个二面角的大小为__________________答案：︒︒16575或16.四边形ABCD 是边长为a 的菱形，︒=∠60BAD ，沿对角线BD 折成︒120的二面角A —BD —C 后，AC 与BD 的距离为_________________________答案：a 43 17．P 为︒120的二面角βα--a 内一点，P 到α、β的距离为10，则P 到棱a 的距离是_________________答案：3320 18．如图：正方形ABCD 所在平面与正方形ABEF 所在平面成︒60的二面角，则异面直线AD 与BF 所成角的余弦值是______________________答案：4219．已知三棱锥P —ABC 中，三侧棱PA 、PB 、PC 两两互相垂直，三侧面与底面所成二面角的大小分别为γβα,,，则=++γβα222cos cos cos _______________答案：1 20．若四面体各棱的长是1或2，且该四面体不是正四面体，则其体积的值是_____________（只需写出一个可能的值）。
立体几何知识点和例题(含有答案)
【考点梳理】一、考试内容1.平面。
平面的基本性质。
平面图形直观图的画法。
2.两条直线的位置关系。
平行于同一条直线的两条直线互相平行。
对应边分别平行的角。
异面直线所成的角。
两条异面直线互相垂直的概念。
异面直线的公垂线及距离。
3.直线和平面的位置关系。
直线和平面平行的判定与性质。
直线和平面垂直的判定与性质。
点到平面的距离。
斜线在平面上的射影。
直线和平面所成的角。
三垂线定理及其逆定理。
4.两个平面的位置关系。
平面平行的判定与性质。
平行平面间的距离。
二面角及其平面角。
两个平面垂直的判定与性质。
二、考试要求1.掌握平面的基本性质，空间两条直线、直线与平面、平面与平面的位置关系（特别是平行和垂直关系）以及它们所成的角与距离的概念。
对于异面直线的距离，只要求会计算已给出公垂线时的距离。
2.能运用上述概念以及有关两条直线、直线和平面、两个平面的平行和垂直关系的性质与判定，进行论证和解决有关问题。
对于异面直线上两点的距离公式不要求记忆。
3.会用斜二测画法画水平放置的平面图形（特别是正三角形、正四边形、正五边形、正六边形）的直观图。
能够画出空间两条直线、两个平面、直线和平面的各种位置关系的图形，能够根据图形想象它们的位置关系。
4.理解用反证法证明命题的思路，会用反证法证明一些简单的问题。
三、考点简析1.空间元素的位置关系2.平行、垂直位置关系的转化3.空间元素间的数量关系（1）角①相交直线所成的角；②异面直线所成的角——转化为相交直线所成的角；③直线与平面所成的角——斜线与斜线在平面内射影所成的角；④二面角——用二面角的平面角来度量。
（2）距离①两点之间的距离——连接两点的线段长；②点线距离——点到垂足的距离；③点面距离——点到垂足的距离；④平行线间的距离——平行线上一点到另一直线的距离；⑤异面直线间的距离——公垂线在两条异面直线间的线段长；⑥线面距离——平行线上一点到平面的距离；⑦面面距离——平面上一点到另一平面的距离；⑧球面上两点距离——球面上经过两点的大圆中的劣弧的长度。
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基础题题库二立体几何101. C B A '''∆是△ABC 在平面α上的射影，那么C B A '''∠和∠ABC 的大小关系是 ( ) (A) C B A '''∠<∠ABC (B) C B A '''∠>∠ABC(C) C B A '''∠≥∠ABC(D) 不能确定解析：D一个直角，当有一条直角边平行于平面时，则射影角可以等于原角大小，但一般情况不等．102. 已知: 如图, △ABC 中, ∠ACB = 90︒, CD ⊥平面α, AD , BD 和平面α所成的角分别为30︒和45︒, CD = h , 求: D 点到直线AB 的距离。
解析：1、先找出点D 到直线AB 的距离, 即过D 点作 DE ⊥AB , 从图形以及条件可知, 若把DE 放在△ABD 中不易求解。
2、由于CD ⊥平面α, 把DE 转化到直角三角形中求解, 从而转化为先求DE 在平面α内的射影长。
解: 连AC , BC , 过D 作DE ⊥AB , 连CE , 则DE 为D 到直线AB 的距离。
∵CD ⊥α∴AC , BC 分别是AD , BD 在α内的射影。
∴∠DAC , ∠DBC 分别是AD 和BD 与平面α所成的角 ∴∠DAC = 30︒, ∠DBC = 45︒ 在Rt △ACD 中, ∵CD = h , ∠DAC = 30︒ ∴AC =3h在Rt △BCD 中∵CD = h , ∠DBC = 45︒∴BC = h ∵CD ⊥α, DE ⊥AB ∴CE ⊥AB 在Rt △ACB 中 AB AC BC h =+=222S AC BC AB CE =⨯=1212· ∴CE AC BCABh h h h =⨯==3232·∴在Rt △DCE 中,DE DC CE h h h =+=+=22223272() ∴点D 到直线AB 的距离为72h 。
103. 已知a 、b 、c 是平面α内相交于一点O 的三条直线，而直线l 和α相交，并且和a 、b 、c 三条直线成等角． 求证：l ⊥α证法一：分别在a 、b 、c 上取点A 、B 、C 并使AO = BO = CO ．设l 经过O ，在l 上取一点P ，在△POA 、△POB 、△POC 中，∵ PO 公用，AO = BO = CO ，∠POA =∠POB =∠POC ， ∴ △POA ≌△POB ≌△POC∴ PA = PB = PC ．取AB 中点D ．连结OD 、PD ，则OD ⊥AB ，PD ⊥AB ， ∵ D OD PD = ∴ AB ⊥平面POD ∵ PO ⊂平面POD ． ∴ PO ⊥AB ． 同理可证 PO ⊥BC∵ α⊂AB ，α⊂BC ，B BC AB = ∴ PO ⊥α，即l ⊥α若l 不经过O 时，可经过O 作l '∥l ．用上述方法证明l '⊥α， ∴ l ⊥α．证法二：采用反证法假设l 不和α垂直，则l 和α斜交于O ． 同证法一，得到PA = PB = PC ．过P 作α⊥'O P 于O '，则O C O B O A '='='，O 是△ABC 的外心．因为O 也是△ABC 的外心，这样，△ABC 有两个外心，这是不可能的． ∴ 假设l 不和α垂直是不成立的． ∴ l ⊥α若l 不经过O 点时，过O 作l '∥l ，用上述同样的方法可证l '⊥α， ∴ l ⊥α评述：（1）证明线面垂直时，一般都采用直接证法（如证法一），有时也采用反证法（如证法二）或同一法．104. P 是△ABC 所在平面外一点，O 是点P 在平面α上的射影． （1）若PA = PB = PC ，则O 是△ABC 的____________心．（2）若点P 到△ABC 的三边的距离相等，则O 是△ABC _________心．（3）若PA 、PB 、PC 两两垂直，则O 是△ABC _________心．（4）若△ABC 是直角三角形，且PA = PB = PC 则O 是△ABC 的____________心． （5）若△ABC 是等腰三角形，且PA = PB = PC ，则O 是△ABC 的____________心． （6）若P A 、PB 、PC 与平面ABC 所成的角相等，则O 是△ABC 的________心； 解析：（1）外心．∵ P A =PB =PC ，∴ OA =OB =OC ，∴ O 是△ABC 的外心．（2）内心（或旁心）．作OD ⊥AB 于D ，OE ⊥BC 于E ，OF ⊥AC 于F ，连结PD 、PE 、PF ．∵ PO⊥平面ABC ，∴ OD 、OE 、OF 分别为PD 、PE 、PF 在平面ABC 内的射影，由三垂线定理可知，PD ⊥AB ，PE ⊥BC ，PF ⊥AC ．由已知PD =PE =PF ，得OD =OE =OF ，∴ O 是△ABC 的内心．（如图答9-23） （3）垂心．（4）外心．（5）外心（6）外心．P A 与平面ABC 所成的角为∠P AO ，在△P AO 、△PBO 、△PCO 中，PO 是公共边，∠POA =∠POB =∠POC =90°，∠P AO =∠PBO =∠PCO ，∴ △P AO ≌△PBO ≌△PCO ，∴ OA =OB =OC ，∴ O 为△ABC 的外心．（此外心又在等腰三角形的底边高线上）．105. 将矩形ABCD 沿对角线BD 折起来，使点C 的新位置C '在面ABC 上的射影E 恰在AB 上． 求证：C B C A '⊥'分析：欲证C B C A '⊥'，只须证C B '与C A '所在平面D C A '垂直；而要证C B '⊥平面D C A '，只须证C B '⊥D C '且C B '⊥AD ．因此，如何利用三垂线定理证明线线垂直就成为关键步骤了．证明：由题意，C B '⊥D C '，又斜线C B '在平面ABCD 上的射影是BA ， ∵ BA ⊥AD ，由三垂线定理，得AD B C ⊥'，D DA D C =' ． ∴ C B '⊥平面AD C '，而A C '⊂平面AD C ' ∴ C B '⊥C A '106. 已知异面直线l 1和l 2，l 1⊥l 2，MN 是l 1和l 2的公垂线，MN = 4，A ∈l 1，B ∈l 2，AM = BN = 2，O 是MN 中点．① 求l 1与OB 的成角．②求A 点到OB 距离．分析：本题若将条件放入立方体的“原型”中，抓住“一个平面四条线”的图形特征及“直线平面垂直”的关键性条件，问题就显得简单明了． 解析：（1）如图，画两个相连的正方体，将题目条件一一标在图中． OB 在底面上射影NB ⊥CD ，由三垂线定理，OB ⊥CD ，又CD ∥MA ，∴ OB ⊥MA 即OB 与l 1成90° （2）连结BO 并延长交上底面于E 点． ME = BN ， ∴ ME = 2，又 ON = 2 ∴ 22==OE OB ． 作AQ ⊥BE ，连结MQ ．对于平面EMO 而言，AM 、AQ 、MQ 分别为垂线、斜线、斜线在平面内的射影，由三垂线逆定理得MQ ⊥EO ．在Rt △MEO 中，22222=⨯=⋅=EO MO ME MQ ． 评述：又在Rt △AMQ 中，62422=+=+=MQ AM AQ ，本题通过补形法使较困难的问题变得明显易解；求点到直线的距离，仍然是利用直线与平面垂直的关键条件，抓住“一个面四条线”的图形特征来解决的． 107. 已知各棱长均为a 的正四面体ABCD ，E 是AD 边的中点，连结CE ．求CE 与底面BCD 所成角的正弦值． 解析：作AH ⊥底面BCD ，垂足H 是正△BCD 中心，∥连DH 延长交BC 于F ，则平面AHD ⊥平面BCD ， 作EO ⊥HD 于O ，连结EC ， 则∠ECO 是EC 与底面BCD 所成的角 则EO ⊥底面BCD ．a a DF HD 33233232=⨯==a a a HD AD AH 3632222=-=-=a a AH EO 66362121=⨯==，a CE 23= ∴ 322366sin ===∠a a EC EO ECO 108. 已知四面体S －ABC 中，SA ⊥底面ABC ，△ABC 是锐角三角形，H 是点A 在面SBC 上的射影．求证：H 不可能是△SBC 的垂心．分析：本题因不易直接证明，故采用反证法．证明：假设H 是△SBC 的垂心，连结BH ，并延长交SC 于D 点，则BH ⊥SC ∵ AH ⊥平面SBC ，∴ BH 是AB 在平面SBC 内的射影 ∴ SC ⊥AB （三垂线定理）又∵ SA ⊥底面ABC ，AC 是SC 在面内的射影 ∴ AB ⊥AC （三垂线定理的逆定理）∴ △ABC 是Rt △与已知△ABC 是锐角三角形相矛盾，于是假设不成立． 故H 不可能是△SBC 的垂心．109. 已知ABCD 是边长为4的正方形，E 、F 分别是AB 、AD 的中点，GC 垂直于ABCD 所在的平面，且GCABCHDS＝2．求点B 到平面EFG 的距离．解析：如图，连结EG 、FG 、EF 、BD 、AC 、EF 、BD 分别交AC 于H 、O ． 因为ABCD 是正方形，E 、F 分别为AB 和AD 的中点，故EF ∥BD ，H 为AO 的中点．BD 不在平面EFG 上．否则，平面EFG 和平面ABCD 重合，从而点G 在平面的ABCD 上，与题设矛盾． 由直线和平面平行的判定定理知BD ∥平面EFG ，所以BD 和平面EFG 的距离就是点B 到平面EFG 的距离． ——4分 ∵ BD ⊥AC ， ∴ EF ⊥HC ． ∵ GC ⊥平面ABCD ， ∴ EF ⊥GC ， ∴ EF ⊥平面HCG ．∴ 平面EFG ⊥平面HCG ，HG 是这两个垂直平面的交线． ——6分作OK ⊥HG 交HG 于点K ，由两平面垂直的性质定理知OK ⊥平面EFG ，所以线段OK 的长就是点B 到平面EFG 的距离． ——8分 ∵ 正方形ABCD 的边长为4，GC =2， ∴ AC=42，HO =2，HC =32． ∴ 在Rt △HCG 中，HG =()2222322=+．由于Rt △HKO 和Rt △HCG 有一个锐角是公共的，故Rt △HKO ∽△HCG ．1122HG即点B 到平面EFG 的距离为11112． ——10分 注：未证明“BD 不在平面EFG 上”不扣分．110. 已知：AB 与CD 为异面直线，AC ＝BC ，AD ＝BD ． 求证：AB ⊥CD ．说明：（1）应用判定定理，掌握线线垂直的一般思路．（2）思路：欲证线线垂直，只需证线面垂直，再证线线垂直，而由已知构造线线垂直是关键． （3）教学方法，引导学生分析等腰三角形三线合一的性质构造图形，找到证明方法． 证明：如图，取AB 中点E ，连结CE 、DE ∵AC ＝BC ，E 为AB 中点．∴CE ⊥AB同理DE ⊥AB ，又CE ∩DE ＝E ，且CE ⊂平面CDE ，DE ⊂平面CDE ． ∴AB ⊥平面CDE 又CD ⊂平面CDE ∴AB ⊥CD ．111. 两个相交平面α、β 都垂直于第三个平面γ ，那么它们的交线a 一定和第三个平面垂直． 证明：在γ 内取一点P ，过P 作PA 垂直α 与γ 的交线；过P 作PB 垂直β 与γ 的交线．∵ α⊥γ 且β⊥γ ∴ PA ⊥α且PB ⊥β∴ PA ⊥a 且PB ⊥a ∴ a ⊥112. 在立体图形P －ABCD 中，底面ABCD 是正方形，PA ⊥底面ABCD ，PA ＝AB ，Q 是PC 中点． AC ，BD 交于O 点．（Ⅰ）求二面角Q －BD －C 的大小： （Ⅱ）求二面角B －QD －C 的大小． 解析：（Ⅰ）解：连QO ，则QO ∥PA 且QO ＝21PA ＝21AB ∵ PA ⊥面ABCD ∴ QO ⊥面ABCD 面QBD 过QO ， ∴ 面QBD ⊥面ABCD故二面角Q －BD －C 等于90°．（Ⅱ）解：过O 作OH ⊥QD ，垂足为H ，连CH ．∵ 面QBD ⊥面BCD ，又∵ CO ⊥BD CO ⊥面QBDCH 在面QBD 内的射影是OH ∵ OH ⊥QD ∴ CH ⊥QD于是∠OHC 是二面角的平面角． 设正方形ABCD 边长2，DCBHQO∵ OH ·QD ＝OQ ·OD∴ OH ＝32．又OC ＝2在Rt △COH 中：tan ∠OHC ＝OH OC＝2·32＝3 ∴ ∠OHC ＝60°故二面角B －QD －C 等于60°．113. 如图在ΔABC 中， AD ⊥BC ， ED=2AE ， 过E 作FG ∥BC ， 且将ΔAFG 沿FG 折起，使∠A 'ED=60°，求证:A 'E ⊥平面A 'BC解析：弄清折叠前后，图形中各元素之间的数量关系和位置关系。