立体几何证明题
高中数学立体几何10道大题

高中数学立体几何10道大题1.在四棱锥S-ABCD中,底面ABCD为平行四边形,侧面SBC垂直于面ABCD,已知∠ABC=45°,AB=2,BC=22,SB=SC=3.1) 证明平面SCD与平面SAB的交线l平行于AB;2) 证明SA垂直于BC;3) 求直线SD与面SAB所成角的正弦值。
2.在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是平行四边形,P为其顶点,O为其中心,PO平行于AB且PO=2,M为PD的中点,AD=AC=1,O为AC的中点。
1) 证明PB平行于平面ACM;2) 证明AD在平面PAC上;3) 求直线AM与平面ABCD所成角的正切值。
3.在四棱锥P-ABCD中,∠ABC=∠BAD=90°,BC=2AD,△PAB与△PAD均为等边三角形。
1) 证明CD垂直于平面PBD;2) 求二面角CPBD的平面角的余弦值。
4.在四棱锥P-ABCD中,PA垂直于底面ABCD,AC垂直于AD,ABCD为梯形,AB平行于DC,AB垂直于BC,PA=AB=BC=3,点E在棱PB上,且PE=2EB。
Ⅰ) 证明平面PAB垂直于平面PCB;Ⅱ) 证明PD平行于平面EAC;Ⅲ) 求平面AEC和平面PBC所成锐二面角的余弦值。
5.在图中,矩形ABCD所在平面垂直于直角梯形ABPE所在平面于直线AB,平面ABCD与平面ABPE的交线为AB,且AB=BP=2,AD=AE=1,AE垂直于AB,且AE平行于BP。
1) 在面ABCD内是否存在点N,使得MN垂直于平面ABCD?若存在,请证明;若不存在,请说明理由;2) 求二面角D-PE-A的余弦值。
6.在直三棱柱ABC-A1B1C1中,平面A1BC垂直于侧面A1BB1,且AA1=AB=2.1) 证明AB垂直于BC;2) 若直线AC与平面A1BC所成角为α,求锐二面角AAC1B的大小。
7.在四棱锥V-ABCD中,底面ABCD为正方形,侧面VAD 为正三角形,平面VAD垂直于底面ABCD。
高中数学立体几何平行、垂直位置关系证明题专项练习(带答案)

立体几何平行、垂直位置关系专练1、如图,四棱锥P ABCD -中,PA ⊥平面ABCD ,//AD BC ,AB AD ⊥,2AD BC =,M 点在线段PD 上,且满足2MD PM =.(1)求证:AB PD ⊥;(2)求证://PB 平面MAC .2、如图,在四棱锥P ABCD -中,PA ⊥平面ABCD ,E 为PA 的中点,F 为BC 的中点,底面ABCD 是菱形,对角线AC ,BD 交于点O .求证:(1)平面//EFO 平面PCD ;(2)平面PAC ⊥平面PBD .3、如图,正三棱柱ABC-A 1B 1C 1的高为6,其底面边长为2.已知点M ,N 分别是棱A 1C 1,AC 的中点,点D 是棱CC 1上靠近C 的三等分点.求证:(1)B 1M ∥平面A 1BN ;(2)AD ⊥平面A 1BN.4、如图,等边三角形ABC与直角梯形ABDE所在平面垂直,BD∥AE,BD=2AE,AE⊥AB,M为AB的中点.(1)证明:CM⊥DE;(2)在边AC上找一点N,使CD∥平面BEN.5、如图,矩形ABCD所在平面与三角形ABE所在平面互相垂直,AE=AB,M,N,H分别为DE,AB,BE 的中点.求证:(1)MN∥平面BEC;(2)AH⊥CE.6、如图,在三棱台ABCDEF中,CF⊥平面DEF,AB⊥BC.(1)设平面ACE∩平面DEF=a,求证:DF∥a;(2)若EF=CF=2BC,试问在线段BE上是否存在点G,使得平面DFG⊥平面CDE?若存在请确定点G的位置;若不存在,请说明理由.7、在三棱锥S ABC -中,平面SAB ⊥平面SBC ,AB BC ⊥,AS AB =,过A 作AF SB ⊥,垂足为F ,点E ,G 分别是棱SA ,SC 的中点.(1)求证:平面EFG ∥平面ABC .(2)求证:BC SA ⊥.8、如图,在直三棱柱111ABC A B C -中,AB BC ⊥,点D 为棱1C C 的中点,1AC 与1A D 交于点E ,1BC 与1B D 交于点F ,连结EF .求证:(1)//AB EF ;(2)平面11A B D ⊥平面11B BCC .9、【2019年高考江苏卷】如图,在直三棱柱ABC -A 1B 1C 1中,D ,E 分别为BC ,AC 的中点,AB =BC .求证:(1)A 1B 1∥平面DEC 1;(2)BE ⊥C 1E .点,平面PAB ⊥底面ABCD ,90PAB ∠= .求证:(1)//PB 平面AEC ;(2)平面PAC ⊥平面ABCD .11、2.(2020·江苏省镇江高三二模)如图,三棱锥P ABC -中,点D ,E 分别为AB ,BC 的中点,且平面PDE ⊥平面ABC .()1求证://AC 平面PDE ;()2若2PD AC ==,PE =PBC ⊥平面ABC .12、(2020·江苏省建湖高级中学高三月考)如图,在四面体ABCD 中,,90AD BD ABC =∠= ,点,E F 分别为棱,AB AC 上的点,点G 为棱AD 的中点,且平面//EFG 平面BCD .(1)求证:12EF BC =;(2)求证:平面EFD ⊥平面ABC .点,PA ⊥平面ABCD .(1)求证://PB 平面AEC ;(2)若四边形ABCD 是矩形且PA AD =,求证:AE ⊥平面PCD .14、(2020·江苏省高三二模)如图,在三棱柱111ABC A B C -中,侧面11ABB A ⊥底面ABC ,AB AC ⊥,E ,F 分别是棱AB ,BC 的中点.求证:(1)11AC ∥平面1B EF ;(2)1AC B E ⊥.15、(2020·江苏省连云港高三)如图,在四棱锥P ABCD -中,底面ABCD 为矩形,平面PAD ⊥平面ABCD ,PA PD ⊥,PA PD =,E 、F 分别为AD 、PB 的中点.(Ⅰ)求证:PE BC ⊥;(Ⅱ)求证:平面PAB ⊥平面PCD ;(Ⅲ)求证://EF 平面PCD .16、(2020·江苏省苏州高三)如图,在直三棱柱ABC -A 1B 1C 1中,D ,E 分别为BC ,AC 的中点,AB =BC .求证:(1)A1B 1∥平面DEC 1;(2)BE ⊥C 1E .17、(2020·江苏省通州高三)如图,在三棱柱111ABC A B C -中,侧棱垂直于底面1,2,1,,AB BC AA AC BC E F ⊥===分别是11,AC BC 的中点.(1)求证: 平面ABE ⊥平面11B BCC ;(2)求证:1C F ∥平面ABE ;18、(2020·江苏省高三三模)如图,三棱柱111ABC A B C -中,1BC B C =,O 为四边形11ACC A 对角线交点,F 为棱1BB 的中点,且AF ⊥平面11BCC B .(1)证明://OF 平面ABC ;(2)证明:四边形11ACC A 为矩形.参考答案1.如图,四棱锥P ABCD -中,PA ⊥平面ABCD ,//AD BC ,AB AD ⊥,2AD BC =,M 点在线段PD 上,且满足2MD PM =.(1)求证:AB PD ⊥;(2)求证://PB 平面MAC .【解析】(1)∵四棱锥P ABCD -中,PA ⊥平面ABCD ,AB 平面ABCD , ∴AB PA ⊥,又AB AD ⊥,,PA AD ⊂平面PAD ,PA AD A ⋂=, ∴AB ⊥面PAD .PD ⊂面PAD ,∴AB PD ⊥. (2)连结BD AC O ⋂=,连结MO , ∵//AD BC ,2AD BC =,2DO BO ∴=,∵在PBD ∆中,2DM MP =,2DO BO =∴//PB MO , 又PB ⊄面MAC ,MO ⊂面MAC ,∴//PB 面MAC .2.如图,在四棱锥P ABCD -中,PA ⊥平面ABCD ,E 为PA 的中点,F 为BC 的中点,底面ABCD 是菱形,对角线AC ,BD 交于点O .求证:(1)平面//EFO 平面PCD ;(2)平面PAC ⊥平面PBD . 【详解】(1)因为在ΔPAC 中,E 为PA 的中点,O 为AC 的中点, 所以//EO PC又EO ⊄平面PCD ,PC ⊂平面PCD , 所以//EO 平面PCD同理可证,//FO 平面PCD ,又EO FO O = ,EO ⊂平面EFO ,FO ⊂平面EFO 所以平面//EFO 平面PCD .(2)因为PA ⊥平面ABCD ,BD ⊂平面ABCD , 所以PA BD ⊥因为底面ABCD 是菱形,所以AC BD ⊥,又,,PA AC A PA PAC AC PAC =⊂⊂ 平面平面所以BD ⊥平面PAC 。
高中数学立体几何证明题汇总

高中数学立体几何证明题汇总立体几何常考证明题1.已知四边形ABCD是空间四边形,E,F,G,H分别是边AB,BC,CD,DA的中点。
1)证明EFGH是平行四边形。
2)已知BD=23,AC=2,EG=2,求异面直线AC、BD所成的角和EG、BD所成的角。
2.如图,已知空间四边形ABCD中,BC=AC,AD=BD,E 是AB的中点。
1)证明AB垂直于平面CDE。
2)证明平面CDE垂直于平面ABC。
3.如图,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,E是AA1的中点。
证明A1C平行于平面BDE。
4.已知三角形ABC中∠ACB=90,SA垂直于面ABC,AD垂直于SC。
证明AD垂直于面SBC。
5.已知正方体ABCD-A1B1C1D1,O是底面ABCD对角线的交点。
1)证明C1O平行于面AB1D1.2)证明AC1垂直于面AB1D1.6.正方体ABCD-A1B1C1D1中。
1)证明AC垂直于平面B1D1D。
2)证明BD1垂直于平面ACB1.7.正方体ABCD-A1B1C1D1中。
1)证明平面A1BD平行于平面B1DC。
2)已知E、F分别是AA1、CC1的中点,证明平面EB1D1平行于平面FBD。
8.四面体ABCD中,AC=BD,E、F分别为AD、BC的中点,且EF=AC/2,∠XXX。
证明BD垂直于平面ACD。
9.如图P是△ABC所在平面外一点,PA=PB,CB垂直于平面PAB,M是PC的中点,N是AB上的点,AN=3NB。
1)证明XXX垂直于AB。
2)当∠APB=90,AB=2BC=4时,求MN的长度。
10.如图,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,E、F、G分别是AB、AD、C1D1的中点。
证明平面D1EF平行于平面BDG。
11.如图,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,E是AA1的中点。
1)证明A1C平行于平面BDE。
2)证明平面A1AC垂直于平面BDE。
12、已知矩形ABCD,PA垂直于平面ABCD,AB=2,PA=AD=4,E为BC的中点。
立体几何(7大题型)(解析版)2024年高考数学立体几何大题突破

立体几何立体几何是高考数学的必考内容,在大题中一般分两问,第一问考查空间直线与平面的位置关系证明;第二问考查空间角、空间距离等的求解。
考题难度中等,常结合空间向量知识进行考查。
2024年高考有很大可能延续往年的出题方式。
题型一:空间异面直线夹角的求解1(2023·上海长宁·统考一模)如图,在三棱锥A-BCD中,平面ABD⊥平面BCD,AB=AD,O为BD的中点.(1)求证:AO⊥CD;(2)若BD⊥DC,BD=DC,AO=BO,求异面直线BC与AD所成的角的大小.【思路分析】(1)利用面面垂直的性质、线面垂直的性质推理即得.(2)分别取AB,AC的中点M,N,利用几何法求出异面直线BC与AD所成的角.【规范解答】(1)在三棱锥A-BCD中,由AB=AD,O为BD的中点,得AO⊥BD,而平面ABD⊥平面BCD,平面ABD∩平面BCD=BD,AO⊂平面ABD,因此AO⊥平面BCD,又CD⊂平面BCD,所以AO⊥CD.(2)分别取AB,AC的中点M,N,连接OM,ON,MN,于是MN⎳BC,OM⎳AD,则∠OMN是异面直线BC与AD所成的角或其补角,由(1)知,AO ⊥BD ,又AO =BO ,AB =AD ,则∠ADB =∠ABD =π4,于是∠BAD =π2,令AB =AD =2,则DC =BD =22,又BD ⊥DC ,则有BC =BD 2+DC 2=4,OC =DC 2+OD 2=10,又AO ⊥平面BCD ,OC ⊂平面BCD ,则AO ⊥OC ,AO =2,AC =AO 2+OC 2=23,由M ,N 分别为AB ,AC 的中点,得MN =12BC =2,OM =12AD =1,ON =12AC =3,显然MN 2=4=OM 2+ON 2,即有∠MON =π2,cos ∠OMN =OM MN =12,则∠OMN =π3,所以异面直线BC 与AD 所成的角的大小π3.1、求异面直线所成角一般步骤:(1)平移:选择适当的点,线段的中点或端点,平移异面直线中的一条或两条成为相交直线.(2)证明:证明所作的角是异面直线所成的角.(3)寻找:在立体图形中,寻找或作出含有此角的三角形,并解之.(4)取舍:因为异面直线所成角θ的取值范围是0,π2,所以所作的角为钝角时,应取它的补角作为异面直线所成的角.2、可通过多种方法平移产生,主要有三种方法:(1)直接平移法(可利用图中已有的平行线);(2)中位线平移法;(3)补形平移法(在已知图形中,补作一个相同的几何体,以便找到平行线).3、异面直线所成角:若n 1 ,n 2分别为直线l 1,l 2的方向向量,θ为直线l 1,l 2的夹角,则cos θ=cos <n 1 ,n 2 > =n 1 ⋅n 2n 1 n 2.1(2023·江西萍乡·高三统考期中)如图,在正四棱台ABCD -A 1B 1C 1D 1中,E ,F 分别是BB 1,CD 的中点.(1)证明:EF ⎳平面AB1C 1D ;(2)若AB =2A 1B 1,且正四棱台的侧面积为9,其内切球半径为22,O 为ABCD 的中心,求异面直线OB 1与CC 1所成角的余弦值.【答案】(1)证明见解析;(2)45【分析】(1)根据中位线定理,结合线面平行判定定理以及面面平行判定定理,利用面面平行的性质,可得答案;(2)根据题意,结合正四棱台的几何性质,求得各棱长,利用线线角的定义,可得答案.【解析】(1)取CC 1中点G ,连接GE ,GF ,如下图:在梯形BB 1C 1C 中,E ,G 分别为BB 1,CC 1的中点,则EG ⎳B 1C 1,同理可得FG ⎳C 1D ,因为EG ⊄平面AB 1C 1D ,B 1C 1⊂平面AB 1C 1D ,所以EG ⎳平面AB 1C 1D ,同理可得GF ⎳平面AB 1C 1D ,因为EG ∩FG =G ,EG ,FG ⊆平面EFG ,所以平面EFG ⎳平面AB 1C 1D ,又因为EF ⊆平面EFG ,所以EF ⎳平面AB 1C 1D ;(2)连接AC ,BD ,则AC ∩BD =O ,连接A 1O ,A 1C 1,B 1O ,在平面BB 1C 1C 中,作B 1N ⊥BC 交BC 于N ,在平面BB 1D 1D 中,作B 1M ⊥BD 交BD 于M ,连接MN ,如下图:因为AB =2A 1B 1,则OC =A 1C 1,且OC ⎳A 1C 1,所以A 1C 1CO 为平行四边形,则A 1O ⎳CC 1,且A 1O =CC 1,所以∠A 1OB 1为异面直线OB 1与CC 1所成角或其补角,同理可得:B 1D 1DO 为平行四边形,则B 1O =D 1D ,在正四棱台ABCD -A 1B 1C 1D 1中,易知对角面BB 1D 1D ⊥底面ABCD ,因为平面ABCD ∩平面BB 1D 1D =BD ,且B 1M ⊥BD ,B 1M ⊂平面BB 1D 1D ,所以B 1M ⊥平面ABCD ,由内切球的半径为22,则B 1M =2,在等腰梯形BB 1C 1C 中,BC =2B 1C 1且B 1N ⊥BC ,易知BN =14BC ,同理可得BM =14BD ,在△BCD 中,BN BC=BM BD =14,则MN =14CD ,设正方形ABCD 的边长为4x x >0 ,则正方形A 1B 1C 1D 1的边长为2x ,MN =x ,由正四棱台的侧面积为9,则等腰梯形BB 1C 1C 的面积S =94,因为B 1M ⊥平面ABCD ,MN ⊂平面ABCD ,所以B 1M ⊥MN ,在Rt △B 1MN ,B 1N =B 1M 2+MN 2=2+x 2,可得S =12⋅B 1N ⋅B 1C 1+BC ,则94=12×2+x 2×4x +2x ,解得x =12,所以BC =2,B 1C 1=1,BN =14BC =12,B 1N =32,则A 1B 1=1,在Rt △BB 1N 中,BB 1=B 1N 2+BN 2=102,则CC 1=DD 1=102,所以在△A 1OB 1中,则cos ∠A 1OB 1=A 1O 2+B 1O 2-A 1B 212⋅A 1O ⋅B 1O=1022+102 2-12×102×102=45,所以异面直线OB 1与CC 1所成角的余弦值为45.2(2023·辽宁丹东·统考二模)如图,平行六面体ABCD -A 1B 1C 1D 1的所有棱长都相等,平面CDD 1C 1⊥平面ABCD ,AD ⊥DC ,二面角D 1-AD -C 的大小为120°,E 为棱C 1D 1的中点.(1)证明:CD ⊥AE ;(2)点F 在棱CC 1上,AE ⎳平面BDF ,求直线AE 与DF 所成角的余弦值.【答案】(1)证明见解析;(2)37【分析】(1)根据面面垂直可得线面垂直进而得线线垂直,由二面角定义可得∠D 1DC =120°,进而根据中点得线线垂直即可求;(2)由线面平行的性质可得线线平行,由线线角的几何法可利用三角形的边角关系求解,或者建立空间直角坐标系,利用向量的夹角即可求解.【解析】(1)因为平面CDD 1C 1⊥平面ABCD ,且两平面交线为DC ,AD ⊥DC ,AD ⊂平面ABCD , 所以AD ⊥平面CDD 1C 1,所以AD ⊥D 1D ,AD ⊥DC ,∠D 1DC 是二面角D 1-AD -C 的平面角,故∠D 1DC =120°.连接DE ,E 为棱C 1D 1的中点,则DE ⊥C 1D 1,C 1D 1⎳CD ,从而DE ⊥CD .又AD ⊥CD ,DE ∩AD =D ,DE ,AD ⊂平面AED ,所以CD ⊥平面AED ,ED ⊂平面AED ,因此CD ⊥AE .(2)解法1:设AB =2,则DE =D 1D 2-12D 1C 1 2=3,所以CE =AE =AD 2+DE 2=7.连AC 交BD 于点O ,连接CE 交DF 于点G ,连OG .因为AE ⎳平面BDF ,AE ⊂平面AEC ,平面AEC ∩平面BDF =OG ,所以AE ∥OG ,因为O 为AC 中点,所以G 为CE 中点,故OG =12AE =72.且直线OG 与DF 所成角等于直线AE 与DF 所成角.在Rt △EDC 中,DG =12CE =72,因为OD =2,所以cos ∠OGD =722+72 2-(2)22×72×72=37.因此直线AE 与DF 所成角的余弦值为37.解法2;设AB =2,则DE =D 1D 2-12D 1C 1 2=3,所以CE =AE =AD 2+DE 2=7.取DC 中点为G ,连接EG 交DF 于点H ,则EG =DD 1=2.连接AG 交BD 于点I ,连HI ,因为AE ⎳平面BDF ,AE ⊂平面AGE ,平面AGE ∩平面BDF =IH ,所以AE ∥IH .HI 与DH 所成角等于直线AE 与DF 所成角.正方形ABCD 中,GI =13AG ,DI =13DB =223,所以GH =13EG ,故HI =13AE =73.在△DHG 中,GH =13EG =23,GD =1,∠EGD =60°,由余弦定理DH =1+49-1×23=73.在△DHI 中,cos ∠DHI =732+73 2-223 22×73×73=37.因此直线AE 与DF 所成角的余弦值为37.解法3:由(1)知DE ⊥平面ABCD ,以D 为坐标原点,DA为x 轴正方向,DA为2个单位长,建立如图所示的空间直角坐标系D -xyz .由(1)知DE =3,得A 2,0,0 ,B 2,2,0 ,C 0,2,0 ,E (0,0,3),C 1(0,1,3).则CC 1=(0,-1,3),DC =(0,2,0),AE =(-2,0,3),DB =(2,2,0).由CF =tCC 1 0≤t ≤1 ,得DF =DC +CF =(0,2-t ,3t ).因为AE ⎳平面BDF ,所以存在唯一的λ,μ∈R ,使得AE =λDB +μDF=λ2,2,0 +μ(0,2-t ,3t )=2λ,2λ+2μ-tμ,3μt ,故2λ=-2,2λ+2μ-tμ=0,3μt =3,解得t =23,从而DF =0,43,233 .所以直线AE 与DF 所成角的余弦值为cos AE ,DF =AE ⋅DF|AE ||DF |=37.题型二:空间直线与平面夹角的求解2(2024·安徽合肥·统考一模)如图,三棱柱ABC -A 1B 1C 1中,四边形ACC 1A 1,BCC 1B 1均为正方形,D ,E 分别是棱AB ,A 1B 1的中点,N 为C 1E 上一点.(1)证明:BN ⎳平面A 1DC ;(2)若AB =AC ,C 1E =3C 1N,求直线DN 与平面A 1DC 所成角的正弦值.【思路分析】(1)连接BE ,BC 1,DE ,则有平面BEC 1⎳平面A 1DC ,可得BN ⎳平面A 1DC ;(2)建立空间直角坐标系,利用空间向量进行计算即可.【规范解答】(1)连接BE ,BC 1,DE .因为AB ⎳A 1B 1,且AB =A 1B 1,又D ,E 分别是棱AB ,A 1B 1的中点,所以BD ⎳A 1E ,且BD =A 1E ,所以四边形BDA 1E 为平行四边形,所以A 1D ⎳EB ,又A 1D ⊂平面A 1DC ,EB ⊄平面A 1DC ,所以EB ⎳平面A 1DC ,因为DE ⎳BB 1⎳CC 1,且DE =BB 1=CC 1,所以四边形DCC 1E 为平行四边形,所以C 1E ⎳CD ,又CD ⊂平面A 1DC ,C 1E ⊄平面A 1DC ,所以C 1E ⎳平面A 1DC ,因为C 1E ∩EB =E ,C 1E ,EB ⊂平面BEC 1,所以平面BEC 1⎳平面A 1DC ,因为BN ⊂平面BEC 1,所以BN ⎳平面A 1DC .(2)四边形ACC 1A 1,BCC 1B 1均为正方形,所以CC 1⊥AC ,CC 1⊥BC ,所以CC 1⊥平面ABC .因为DE ⎳CC 1,所以DE ⊥平面ABC ,从而DE ⊥DB ,DE ⊥DC .又AB =AC ,所以△ABC 为等边三角形.因为D 是棱AB 的中点,所以CD ⊥DB ,即DB ,DC ,DE 两两垂直.以D 为原点,DB ,DC ,DE 所在直线为x ,y ,z 轴,建立如图所示的空间直角坐标系D -xyz .设AB =23,则D 0,0,0 ,E 0,0,23 ,C 0,3,0 ,C 10,3,23 ,A 1-3,0,23 ,所以DC =0,3,0 ,DA 1=-3,0,23 .设n=x ,y ,z 为平面A 1DC 的法向量,则n ⋅DC=0n ⋅DA 1 =0,即3y =0-3x +23z =0 ,可取n=2,0,1 .因为C 1E =3C 1N ,所以N 0,2,23 ,DN =0,2,23 .设直线DN 与平面A 1DC 所成角为θ,则sin θ=|cos ‹n ,DN ›|=|n ⋅DN ||n |⋅|DN |=235×4=1510,即直线DN 与平面A 1DC 所成角正弦值为1510.1、垂线法求线面角(也称直接法):(1)先确定斜线与平面,找到线面的交点B 为斜足;找线在面外的一点A ,过点A 向平面α做垂线,确定垂足O ;(2)连结斜足与垂足为斜线AB 在面α上的投影;投影BO 与斜线AB 之间的夹角为线面角;(3)把投影BO 与斜线AB 归到一个三角形中进行求解(可能利用余弦定理或者直角三角形)。
高中立体几何证明题

高中立体几何证明题一、线面平行的证明题1已知正方体ABCD - A_{1}B_{1}C_{1}D_{1},E,F分别是AB,BC的中点,求证:EF∥平面A_{1}C_{1}D。
解析1. 连接AC。
- 在 ABC中,因为E,F分别是AB,BC的中点,所以EF∥ AC。
2. 正方体ABCD - A_{1}B_{1}C_{1}D_{1}中:- AC∥ A_{1}C_{1}。
- 由EF∥ AC和AC∥ A_{1}C_{1}可得EF∥ A_{1}C_{1}。
- 又A_{1}C_{1}⊂平面A_{1}C_{1}D,EFnot⊂平面A_{1}C_{1}D。
- 根据线面平行的判定定理,所以EF∥平面A_{1}C_{1}D。
题2在三棱柱ABC - A_{1}B_{1}C_{1}中,D是AB的中点,求证:AC_{1}∥平面CDB_{1}。
解析1. 连接BC_{1},交B_{1}C于点E。
- 在三棱柱ABC - A_{1}B_{1}C_{1}中,E为BC_{1}的中点。
2. 因为D是AB的中点:- 所以在 ABC_{1}中,DE∥ AC_{1}。
- 又DE⊂平面CDB_{1},AC_{1}not⊂平面CDB_{1}。
- 根据线面平行的判定定理,可得AC_{1}∥平面CDB_{1}。
二、线面垂直的证明题3在四棱锥P - ABCD中,底面ABCD是正方形,PA = PB = PC = PD,求证:PA⊥平面ABCD。
解析1. 连接AC,BD交于点O,连接PO。
- 因为底面ABCD是正方形,所以O为AC,BD中点。
- 又PA = PC,PB = PD,根据等腰三角形三线合一的性质:- 可得PO⊥ AC,PO⊥ BD。
- 而AC∩ BD = O,AC⊂平面ABCD,BD⊂平面ABCD。
- 根据直线与平面垂直的判定定理,所以PO⊥平面ABCD。
- 又PA = PB = PC = PD,AO = BO = CO = DO,所以 PAO≅ PBO≅ PCO ≅ PDO。
第八讲 立体几何(基础大题)

立体几何大题一 证明方法汇总二 同步练习汇总:1、已知四边形ABCD 是空间四边形,,,,E F G H 分别是边,,,AB BC CD DA 的中点 (1) 求证:EFGH 是平行四边形(2) 若BD=23,AC=2,EG=2。
求异面直线AC 、BD 所成的角和EG 、BD 所成的角。
AHGFEDCB22.如图,四面体ABCD 中,BCD AD 平面⊥,E 、F 分别为AD 、AC 的中点,CD BC ⊥. 求证:(1)BCD EF 平面// (2)ACD BC 平面⊥.(简单题),以线面平行的性质定理去找平行线,用判定定理证明!!!!3. 如图,P 为ABC ∆所在平面外一点,⊥PA 平面ABC ,︒=∠90ABC ,PB AE ⊥于E ,PC AF ⊥于F求证:(1)⊥BC 平面PAB ;(2)⊥AE 平面PBC ; (3)⊥PC 平面AEF . 线面垂直的经典例题!!!!!!!!4、如图,棱长为1的正方体ABCD-A 1B 1C 1D 1中,FEPCBA(1)求证:AC ⊥平面B 1D 1DB; (2)求证:BD 1⊥平面ACB 1 (3)求三棱锥B-ACB 1体积.5、已知正方体1111ABCD A B C D -,O 是底ABCD 对角线的交点. 求证:(1) C 1O ∥面11AB D(2 )1AC ⊥面11AB D . D 1ODB AC 1B 1A 1C6、如图,ABCD 是正方形,O 是正方形的中心,PO ⊥底面ABCD ,E 是PC 的中点 求证:(1)PA ∥平面BDE D 1C 1B 1A CDBA4(2)平面PAC ⊥平面BDE(3)若棱锥的棱长都为2,求棱锥的体积。
7.如图,PA ⊥平面ABC ,平面PAB ⊥平面PBC 求证:AB ⊥BC8.如图,在三棱锥S-ABC 中,,90︒=∠=∠=∠ACB SAC SAB , (Ⅰ)证明SC ⊥BC ;PA B CS(Ⅱ),29,13,2===SB BC AC 若已知 求侧面SBC 与底面ABC 所成二面角的大小。
立体几何练习题

立体几何题型一、平行与垂直的证明例1.如图,在四棱锥P —ABCD 中,底面ABCD 是正方形,侧棱PD ⊥底面ABCD ,PD =DC ,E 是PC 的中点,作EF ⊥PB 交PB 于点F . (1)证明PA //平面EDB ;(2)证明PB ⊥平面EFD例2.四棱锥S A B C D -中,底面ABCD 为平行四边形,侧面SB C ⊥底面ABCD ,已知45A B C ∠=︒,2A B =,BC =SA SB ==(Ⅰ)证明:SA B C ⊥;(Ⅱ)求直线SD 与平面SBC 所成角的大小. 变式:已知四棱锥P -ABCD 的底面为直角梯形,AB ∥DC ,⊥=∠PA DAB ,90底面ABCD ,且PA =AD =DC =21AB =1,M 是PB 的中点.(Ⅰ)证明:面PAD ⊥面PCD ; (Ⅱ)求AC 与PB 所成的角;(Ⅲ)求面AMC 与面BMC 所成二面角的大小.ACDBCASOE A DCBNM EP题型二、空间角与距离例3.如图,在四棱锥O A B C D -中,底面A B C D 四边长为1的 菱形,4A B C π∠=, OA ABCD ⊥底面, 2O A =,M 为O A 的中点。
(Ⅰ)求异面直线AB 与MD 所成角的大小; (Ⅱ)求点B 到平面OCD 的距离。
例4. 如图,四面体ABCD 中,O 、E 分别BD 、BC 的中点,CA =CB =CD =BD =2 (Ⅰ)求证:AO ⊥平面BCD ;(Ⅱ)求异面直线AB 与CD 所成角的大小; (Ⅲ)求点E 到平面的距离. 变式:如图,正三棱锥O A B C -的三条侧棱O A 、O B 、O C 两两垂直,且长度均为2.E 、F 分别是A B 、A C 的中点,H 是E F 的中点,过E F 的平面与侧棱O A 、O B 、O C 或其延长线分别相交于1A 、1B 、1C ,已知132O A =.(1)求证:11B C ⊥面O A H ; (2)求二面角111O A BC --的大小.1C 1A题型三、探索性问题例5.在四棱锥P-ABCD 中,底面ABCD 是矩形,侧棱PA 垂直于底面,E 、F 分别是AB 、PC 的中点.(1)求证://EF 平面PAD ;(2)当平面PCD 与平面ABCD 成多大二面角时,⊥EF 平面PCD ?变式:如图,在三棱锥A -BCD 中,侧面ABD 、ACD 是全等的直角三角形,AD 是公共的斜边,且AD ,BD =CD =1,另一个侧面是正三角形 (1)求证:AD ⊥BC(2)求二面角B -AC -D 的大小(3)在直线AC 上是否存在一点E ,使ED 与面BCD 成30︒角?若存在,确定E 的位置;若不存在,说明理由.DC题型四、折叠、展开问题例6.已知正方形A B C D E 、F 分别是A B 、C D 的中点,将AD E 沿D E 折起,如图所示,记二面角A D E C --的大小为(0)θθπ<< (1) 证明//B F 平面ADE ;(2)若A C D 为正三角形,试判断点A 在平面B C D E 内的射影G 是否在直线E F 上,证明你的结论,并求角θ的余弦值。
立体几何平行证明题

立体证明题(2)1•如图,直二面角D- AB- E中,四边形ABCD是正方形,AE=EB F为CE上的点,且BF丄平面ACE(1) 求证:AE丄平面BCE(2) 求二面角B-AC- E的余弦值.2•等腰△ ABC中, AC=BC= AB=2, E、F分别为AC BC的中点,将△ EFC沿EF折起,使得C 至U P,得至U四棱锥P— ABFE 且AP=BP=(1) 求证:平面EFP!平面ABFE(2) 求二面角B-AP- E的大小.3•如图,在四棱锥P- ABCD中,底面是正方形,侧面PADL底面ABCD且PA=PD= AD,若E、F分别为PC BD的中点.(I)求证:EF//平面PAD(n)求证:EF丄平面PDC4•如图:正△ ABC与Rt△ BCD所在平面互相垂直,且/ BCD=90°,/ CBD=30°(1)求证:AB丄CD(2)求二面角D- AB- C的正切值.5•如图,在四棱锥P- ABCD中,平面PADL平面ABCD^ PAD是等边三角形,四边形ABCD 是平行四边形,/ ADC=120 , AB=2AD(1)求证:平面PADL平面PBD(2)求二面角A- PB- C的余弦值.6•如图,在直三棱柱ABC- A1B1C1 中,/ ACB=90°, AC=CB=CC2, E是AB中点.(I)求证:AB丄平面ACE(H)求直线AG与平面ACE所成角的正弦值.7•如图,在四棱锥P- ABCD中, PA丄平面ABCD / DAB为直角,AB// CD, AD=CD=2AB=2E, F分别为PC, CD的中点.(I)证明:AB丄平面BEF;(H)若PA=求二面角E- BD- C.8•如图,在四棱锥P-ABCD 中,PA丄平面ABCD , PA=AB=AD=2,四边形ABCD 满足AB 丄AD , BC // AD 且BC=4,点M 为PC 中点.(I)求证:DM丄平面PBC;BE(2)若点E为BC边上的动点,且一一,是否存在实数人使得二面角P- DE - B的EC2余弦值为-?若存在,求出实数入的值;若不存在,请说明理由.39•如图,ABED是长方形,平面ABEDL平面ABC AB=AC=5 BC=BE=6且M是BC的中点(I) 求证:AM L平面BEC(H) 求三棱锥B- ACE的体积;(川)若点Q是线段AD上的一点,且平面QECL平面BEC求线段AQ的长.10. 如图,直角梯形ABCD与等腰直角三角形ABE所在的平面互相垂直,AB// CD AB丄BC, AB=2CD=2BC EA L EB(1)求证:EA丄平面EBC(2)求二面角C- BE- D的余弦值.11. 如图,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD为直角梯形,AD// BC, / ADC=90°,平面PADL 底面ABCD O为AD中点,M是棱PC上的点,AD=2BC(1)求证:平面POBL平面PAD12. 如图,三棱柱ABC- A1B1C中,侧棱AA丄平面ABC △ ABC为等腰直角三角形,/BAC=90,且AB=AA, E、F 分别是CC, BC的中点.(1)求证:平面ABF丄平面AEF;(2)求二面角B1- AE- F 的余弦值.13. 如图,在菱形ABCD中,/ ABC=60°, AC与BD相交于点Q AE丄平面ABCD CF/ AE, AB=AE=2.(I )求证:BD丄平面ACFE(II )当直线FO与平面BDE所成的角为45。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
立体几何1. 如图:梯形ABCD 和正△PAB 所在平面互相垂直,其中//,AB DC12AD CD AB ==,且O 为AB 中点. ( I ) 求证://BC 平面POD ; ( II ) 求证:AC ⊥PD .2.如图,菱形ABCD 的边长为6,60BAD ∠=o ,AC BD O =I .将菱形ABCD 沿对角线AC 折起,得到三棱锥B ACD -,点M 是棱BC的中点,DM =(Ⅰ)求证://OM 平面ABD ; (Ⅱ)求证:平面ABC ⊥平面MDO ; (Ⅲ)求三棱锥M-的体积.BACDOPA ABCMOD3. 如图,在四棱锥中,底面为直角梯形,AD 12已知四棱锥的底面是菱形.PB PD =,为的中点. (Ⅰ)求证:PC ∥平面;(Ⅱ)求证:平面PAC ⊥平面BDE .5. 已知直三棱柱111C B A ABC -的所有棱长都相等,且F E D ,,分别为11,,AA BB BC 的中点. (I) 求证:平面//1FC B 平面EAD ; (II )求证:⊥1BC 平面EAD .PABCDQ M6. 如图所示,正方形ABCD 与直角梯形ADEF 所在平面互相垂直,90ADE ∠=o ,DE AF //,22===AF DA DE .(Ⅰ)求证:AC ⊥平面BDE ; (Ⅱ)求证://AC 平面BEF ;(Ⅲ)求四面体BDEF 的体积.7. 如图,在四棱锥ABCD P -中,平面PAD ⊥平面ABCD , AB=AD ,∠BAD=60°,E 、F 分别是AP 、AD 的中点 求证:(1)直线EF8.如图,四边形ABCD 为正方形,QA ⊥平面ABCD ,PD ∥QA ,QA =AB =12PD . (I )证明:PQ ⊥平面DCQ ;(II )求棱锥Q —ABCD 的的体积与棱锥P —DCQ 的体积的比值.ABCDFE(16)第题图9. 如图,在△ABC中,∠ABC=45°,∠BAC=90°,AD是BC上的高,沿AD把△ABD折起,使∠BDC=90°。
(1)证明:平面ADB⊥平面BDC;(2 )设BD=1,求三棱锥D—ABC的表面积。
参考答案:1. 证明: (I) 因为O 为AB 中点, 所以1,2BO AB =…………………1分 又//,AB CD 12CD AB =, 所以有,//,CD BO CD BO = …………………2分 所以ODCB 为平行四边形,所以//,BC OD …………………3分又DO ⊂平面,POD BC ⊄平面,POD 所以//BC 平面POD . …………………5分(II)连接OC .因为,//,CD BO AO CD AO ==所以ADCO 为平行四边形, …………………6分 又AD CD =,所以ADCO 为菱形,BACDOP所以 AC DO ⊥, …………………7分 因为正三角形PAB ,O 为AB 中点,所以PO AB ⊥ , …………………8 分 又因为平面ABCD ⊥平面PAB ,平面ABCD I 平面PAB AB = , 所以PO ⊥平面ABCD , …………………10分而AC ⊂平面ABCD ,所以 PO AC ⊥, 又PO DO O =I ,所以AC ⊥平面POD . …………………12分又PD ⊂平面POD ,所以AC ⊥PD . …………………13分2. (Ⅰ)证明:因为点是菱形ABCD 的对角线的交点,所以是的中点.又点M 是棱BC 的中点,所以是的中位线,. ……………2分 因为平面ABD ,平面ABD ,所以//OM 平面ABD . ……………4分(Ⅱ)证明:由题意,,因为DM =所以,. ……………6分 又因为菱形ABCD ,所以. …………7分 因为OM AC O =I ,所以平面ABC , ……………8分因为平面MDO ,ABCMOD所以平面ABC ⊥平面MDO . ……………9分(Ⅲ)解:三棱锥M ABD -的体积等于三棱锥的体积. ……………10分由(Ⅱ)知,平面,所以3OD =为三棱锥的高. ……………11分 的面积为, ……………12分所求体积等于13ABM S OD ∆⨯⨯=. ……………13分3. 证明:(Ⅰ)AD121t =//12⊂⊄(Ⅰ)证明:因为E ,O 分别为PA ,AC 的中点,所以EO ∥PC . 因为EO ⊂平面BDE PC ⊄平面BDE所以PC ∥平面BDE .……………………6分(Ⅱ)证明:连结OP 因为PB PD =,所以OP BD ⊥.在菱形ABCD 中,BD AC ⊥ 因为OP AC O =I 所以BD ⊥平面PAC 因为BD ⊂平面BDE所以平面PAC ⊥平面BDE . ……………………13分PABCD Q MN5. (Ⅰ)由已知可得1//AF B E ,1AF B E =, ∴四边形E AFB 1是平行四边形,∴1//FB AE , ……………1分AE ⊄Q 平面FC B 1,1FB ⊂平面FC B 1, //AE ∴平面FC B 1; ……………2分又 E D ,分别是1,BB BC 的中点,∴C B DE 1//, ……………3分 ED ⊄Q 平面FC B 1,1B C ⊂平面FC B 1,//ED ∴平面FC B 1; ……………4分,AE DE E AE =⊂Q I 平面EAD ,ED ⊂平面EAD , ……………5分∴平面FC B 1∥平面EAD . ……………6分 (Ⅱ) Θ三棱柱111C B A ABC -是直三棱柱, ∴⊥C C 1面ABC ,又Q ⊂AD 面ABC ,∴⊥C C 1AD . ……………7分 又Q 直三棱柱111C B A ABC -的所有棱长都相等,D 是BC 边中点, ∴ABC ∆是正三角形,∴BC AD ⊥, ……………8分 而1C C BC C =I , 1CC ⊂面11B BCC ,BC ⊂面11B BCC ,⊥∴AD 面11B BCC , ……………9分故 1AD BC ⊥ . ……………10分Q 四边形11BCC B 是菱形,∴C B BC 11⊥, ……………11分而C B DE 1//,故 1DE BC ⊥ , ……………12分由D DE AD =I AD ⊂,面EAD ,ED ⊂面EAD ,得 ⊥1BC 面EAD . ……………13分6. (Ⅰ)证明:因为平面ABCD ⊥平面ADEF ,90ADE ∠=o ,所以DE ⊥平面ABCD , …………………2分所以AC DE ⊥. …………………3分 因为ABCD 是正方形,所以BD AC ⊥,所以AC ⊥平面BDE . …………………4分 (Ⅱ)证明:设AC BD O =I ,取BE 中点G ,连结OG FG ,,所以,OG //=12DE . ……………………5分 因为DE AF //,AF DE 2=,所以AF //=OG , ……………………6分 从而四边形AFGO 是平行四边形,AO FG //. ……………………7分 因为FG ⊂平面BEF ,AO ⊄平面BEF , ……………………8分 所以//AO 平面BEF ,即//AC 平面BEF . ……………………9分 (Ⅲ)解:因为平面ABCD ⊥平面ADEF ,AB AD ⊥,所以AB ⊥平面ADEF . ……………………11分 因为DE AF //,90ADE ∠=o ,22===AF DA DE ,所以DEF ∆的面积为122ED AD ⨯⨯=, ……………………12分所以四面体BDEF 的体积=⨯=∆AB S DEF 3143. ……………………13分 7. 答案:(1)因为E 、F 分别是AP 、AD 的中点,,EF PD ∴P 又,PD PCD EF PCD ⊂⊄Q 面面∴直线EF AB=AD,BAD=60,∠o Q ABD ∆,BF AD ∴⊥PAD ABCD AD,⋂面面=,BF PAD BF BEF ∴⊥⊂面面8. 解:(I )由条件知PDAQ 为直角梯形因为QA ⊥平面ABCD ,所以平面PDAQ ⊥平面ABCD ,交线为AD. 又四边形ABCD 为正方形,DC ⊥AD ,所以DC ⊥平面PDAQ ,可得PQ ⊥DC.在直角梯形PDAQ 中可得DQ=PQ=2PD ,则PQ ⊥QD 所以PQ ⊥平面DCQ. ………………6分(II )设AB=a .由题设知AQ 为棱锥Q —ABCD 的高,所以棱锥Q —ABCD 的体积311.3V a =由(I )知PQ 为棱锥P —DCQ 的高,而,△DCQ 2, 所以棱锥P —DCQ 的体积为321.3V a =故棱锥Q —ABCD 的体积与棱锥P —DCQ 的体积的比值为1.…………12分 9. 1)∵折起前AD是BC边上的高,∴ 当Δ ABD折起后,AD ⊥DC,AD ⊥DB, 又DB ⋂DC=D,∴AD⊥平面BDC,又∵AD 平面BDC. ∴平面ABD ⊥平面BDC .(2)由(1)知,DA DB ⊥,DB DC ⊥,DC DA ⊥,Q DB=DA=DC=1,∴,1111,22DAM DBC DCA S S S ===⨯⨯=V V V 1sin 6022ABC S =︒=V∴三棱锥D —ABC的表面积是133222S =⨯+=。