历年高考数学真题精选31 立体几何中的垂直关系

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高中数学立体几何正交与垂直关系分析

高中数学立体几何正交与垂直关系分析

高中数学立体几何正交与垂直关系分析在高中数学的立体几何中,正交与垂直是两个非常重要的概念。

它们在几何图形的性质、计算问题中起着至关重要的作用。

本文将通过具体的题目举例,分析正交与垂直的概念、性质以及应用,帮助高中学生和他们的父母更好地理解和掌握这些知识点。

一、正交的概念和性质正交是指两条直线、两个平面或者一条直线和一个平面相互垂直的关系。

在几何图形中,正交的性质十分重要,常常用于求解问题。

例如,考虑以下题目:已知直线l1:x-2y+z=0和直线l2:2x+y-3z=0,求证直线l1与直线l2正交。

解析:要证明直线l1与直线l2正交,需要证明直线l1的法向量与直线l2的方向向量的点积为零。

首先,求出直线l1的法向量和直线l2的方向向量:直线l1的法向量为(1,-2,1);直线l2的方向向量为(2,1,-3)。

然后,计算两个向量的点积:(1,-2,1)·(2,1,-3) = 2-2-3 = -3由于点积结果为-3,不等于零,所以直线l1与直线l2不正交。

通过这个例子可以看出,正交的性质可以通过向量的点积来判断。

如果两个向量的点积为零,则它们正交;如果不为零,则它们不正交。

二、垂直的概念和性质垂直是指两条直线、两个平面或者一条直线和一个平面相互成直角的关系。

垂直在立体几何中也是一个非常重要的概念,常常用于计算问题。

例如,考虑以下题目:已知平面α:2x-y+z=1和平面β:x+2y-3z=4,求证平面α与平面β垂直。

解析:要证明平面α与平面β垂直,需要证明平面α的法向量与平面β的法向量的点积为零。

首先,求出平面α和平面β的法向量:平面α的法向量为(2,-1,1);平面β的法向量为(1,2,-3)。

然后,计算两个向量的点积:(2,-1,1)·(1,2,-3) = 2-2-3 = -3由于点积结果为-3,不等于零,所以平面α与平面β不垂直。

通过这个例子可以看出,垂直的性质也可以通过向量的点积来判断。

浅谈立体几何中的垂直问题

浅谈立体几何中的垂直问题

浅谈立体几何中的垂直问题黎武兵湛江市太平中学交流QQ:306582633关键词:立体几何,维数转化,非90度垂直,线线垂直垂直问题在立体几何中占有重要的地位,是历年高考命题的热点.空间中的垂直关系有三种:线线垂直、线面垂直、面面垂直.而线线垂直是最基本、最重要的一种,它在三者转化过程中起着穿针引线、承前启后的作用.因此线线垂直的证明更是解决垂直问题的关键.立体几何是平面几何的升级与综合.例如正方体的侧棱垂直形式就有45度角,90度角、135度角和异面垂直等四种形式.而学生对非90度垂直的理解,不是不透彻就是误解.因此,如何帮助学生透彻理解非90度垂直,便成了立体几何的重中之重.以下的三种可以帮助学生正确理解非90度垂直.一是错误视觉分析.这就要求老师从视觉角度分析和演示线、角、面的变化,教会学生理解视觉的误导性.通过实物演示,让学生明白“横看成岭侧成峰”的道理,从而达到培养学生建立发散思维习惯和锻炼空间想象力的目的.二是维数转化思想.从初中的平面几何到高中的立体几何,即是从二维思想过渡到三维思想,大部分学生的几何思考还停留在二维思想上,这就要求老师正确引导学生掌握用二维思想理解三维思想.让学生理解立体几何中的三维表示长、宽和高,而平面几何中的二维表示长和宽,但长、宽、高并没有确定的界限.例如把正方体的左侧面独立提取出来,它就是一个正方形,原先表示正方体的宽和高,都成了正方形的边长.再例如正方体A1B1C1D1-ABCD中的对角面A1ACC1是一个长方形,其长AC和A1C1分别为正方体上底面和下底面的对角线.在垂直的证明过程中,常常要把立体几何拆分成几个平面图形分别证明,再对证明结果加以综合,从二维回到三维,即可获得证明。

三是知识系统理解.如何让学生正确理解垂直的传递性,便成了老师课堂教学的重点和难点.通过垂直传递性的理解分析,培养学生的逻辑推理能力和空间想像能力.从线线垂直到线面垂直,再到面面垂直,反之一样.这里就要求学生把其中的条件理解并熟记,在求解过程中可以信手拈来,在证明过程中可以一呼即出.在垂直传递过程中,要善于利用逆向思维思考问题.例如,正方体A1B1C1D1-ABCD中,求证:A C⊥BD1.分析:显然,直线AC与BD1没有交点,是异面直线,不能利用平面几何中的勾股定理及高线性质来证明。

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)

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 。

高考数学复习—立体几何:(二)空间直线平面关系判断与证明—平行与垂直关系证明(试题版)

高考数学复习—立体几何:(二)空间直线平面关系判断与证明—平行与垂直关系证明(试题版)

【考点2:空间直线、平面的平行与垂直关系证明】题型1:直线、平面平行的判断及性质【典型例题】[例1]►(1)如图,在四面体P ABC中,点D,E,F,G分别是棱AP,AC,BC,PB的中点.求证:DE∥平面BCP .►(2)(2013福建改编)如图,在四棱锥P-ABCD中,AB∥DC, AB=6,DC=3,若M为P A的中点,求证:DM∥平面PBC . ►(3)如图,在四面体A-BCD中,F,E,H分别是棱AB,BD,AC 的中点,G为DE的中点.证明:直线HG∥平面CEF .[例2]►(1)如图,在三棱柱ABC—A1B1C1中,E,F,G,H分别是AB,AC,A1B1,A1C1的中点,求证:①B,C,H,G四点共面;②平面EF A1∥平面BCHG .►(2)如图E、F、G、H分别是正方体ABCD-A1B1C1D1的棱BC、CC1、C1D1、AA1的中点.求证:①EG∥平面BB1D1D;②平面BDF∥平面B1D1H .【变式训练】1.(2014·衡阳质检)在正方体ABCD-A1B1C1D1中,E是DD1的中点,则BD1与平面ACE的位置关系为______.2.如图,四边形ABCD是平行四边形,点P是平面ABCD外一点,M是PC的中点,在DM上取一点G,过G和AP作平面交平面BDM于GH.求证:AP∥GH .3.如图,在长方体ABCD-A1B1C1D1中,E,H分别为棱A1B1,D1C1上的点,且EH∥A1D1,过EH的平面与棱BB1,CC1相交,交点分别为F,G,求证:FG∥平面ADD1A1.4.如图,已知ABCD-A1B1C1D1是棱长为3的正方体,点E 在AA1上,点F在CC1上,G在BB1上,且AE=FC1=B1G=1,H是B1C1的中点.(1)求证:E,B,F,D1四点共面;(2)求证:平面A1GH∥平面BED1F .题型2:直线、平面垂直的判断及性质【典型例题】[例1]►(1)如图,在四棱锥P-ABCD中, P A⊥底面ABCD, AB⊥AD,AC⊥CD,∠ABC=60°,P A=AB=BC,E是PC中点. 证明:①CD⊥AE;②PD⊥平面ABE .►(2)如图所示,在四棱锥P-ABCD中,AB⊥平面P AD,AB∥CD,PD=AD,E是PB的中点,F是DC上的点且DF=12AB,PH为△P AD中AD边上的高.①证明:PH⊥平面ABCD;②证明:EF⊥平面P AB.[例2]►(1)[2014·辽宁文]如图所示,△ABC和△BCD所在平面互相垂直,且AB=BC=BD=2,∠ABC=∠DBC=120°,E,F,G分别为AC,DC,AD的中点.(I)求证:EF⊥平面BCG;(II)求三棱锥D -BCG的体积.►(2)(2012·课标全国)如图,三棱柱ABC-A1B1C1中,侧棱垂直底面,∠ACB=90°,AC=BC=12AA1,D是棱AA1的中点.(I)证明:平面BDC1⊥平面BDC;(II)平面BDC1分此棱柱为两部分,求这两部分体积的比.►(3)(2015·大庆质检) 如图,四棱锥P-ABCD中,PD⊥平面ABCD,PD=DC=BC=1,AB=2,AB∥DC,∠BCD=90°.①求证:PC⊥BC;②求点A到平面PBC的距离.【变式训练】1.如图,四棱锥P—ABCD中,P A⊥底面ABCD,AB⊥AD,点E 在线段AD上,且CE∥AB. (1)求证:CE⊥平面P AD;(2)若P A=AB=1,AD=3,CD=2,∠CDA=45°,求四棱锥P-ABCD的体积.2.[2014·福建文]如图所示,三棱锥A-BCD中,AB⊥平面BCD,CD⊥BD.(1)求证:CD⊥平面ABD;(2)若AB=BD=CD=1,M为AD中点,求三棱锥A -MBC的体积.3.(2015·唐山统考)如图,在三棱锥P-ABC中,P A=PB=AB =BC,∠PBC=90°,D为AC的中点,AB⊥PD.(1)求证:平面P AB⊥平面ABC;(2)如果三棱锥P-BCD的体积为3,求P A.4.[2014·课标Ⅰ文]如图,三棱柱ABC-A1B1C1中,侧面BB1C1C为菱形,B1C的中点为O,且AO⊥平面BB1C1C.(1)证明:B1C⊥AB;(2)若AC⊥AB1,∠CBB1=60°,BC=1,求三棱柱ABC-A1B1C1的高.☆题型3:直线、平面平行与垂直关系的综合【典型例题】[例1]►(1)已知l,m是两条不同的直线,α,β是两个不同的平面,下列命题中真命题是(写出序号).①若l⊂α,m⊂α,l∥β,m∥β,则α∥β;②若l⊂α,l∥β,α∩β=m,则l∥m;③若α∥β,l∥α,则l∥β;④若l⊥α,m∥l,α∥β,则m⊥β.►(2)(2014·辽宁)已知m,n表示两条不同直线,α表示平面.下列说法正确的是()A.若m∥α,n∥α,则m∥nB.若m⊥α,n⊂α,则m⊥nC.若m⊥α,m⊥n,则n∥αD.若m∥α,m⊥n,则n⊥α►(3)(2015·江西七校联考)已知直线a和平面α,β,α∩β=l,a⊄α,a⊄β,且a在α,β内的射影分别为直线b和c,则直线b和c的位置关系是()A.相交或平行B.相交或异面C.平行或异面D.相交、平行或异面►(4)(2013·课标Ⅱ)已知m,n为异面直线,m⊥平面α,n⊥平面β,直线l满足l⊥m,l⊥n,l⊄α,l⊄β,则()A.α∥β且l∥αB.α⊥β且l⊥βC.α与β相交,且交线垂直于lD.α与β相交,且交线平行于l►(5)(2016·课标Ⅱ)α,β是两个平面,m,n是两条直线,有下列四个命题:①如果m⊥n,m⊥α,n∥β,那么α⊥β.②如果m⊥α,n∥α,那么m⊥n.③如果α∥β,m⊂α,那么m∥β.④如果m∥n,α∥β,那么m与α所成的角和n与β所成的角相等.其中正确的命题有________.(填写所有正确命题的编号) [例2]►(1)(2014·北京)如图,在三棱柱ABC-A1B1C1中,侧棱垂直于底面,AB⊥BC,AA1=AC=2,BC=1,E,F分别为A1C1,BC的中点.(I)求证:平面ABE⊥平面B1BCC1;(II)求证:C1F∥平面ABE;(III)求三棱锥E-ABC的体积.►(2)[2014江苏文]如图,三棱锥P-ABC中,D,E,F分别为棱PC,AC,AB的中点.已知P A⊥AC,P A=6,BC=8,DF=5. 求证:(I)直线P A∥平面DEF;(II)平面BDE⊥平面ABC.[例3]►(1)[2014·陕西文]四面体ABCD及其三视图如图所示,平行于棱AD,BC的平面分别交四面体的棱AB,BD,DC,CA于点E,F,G,H.(I)求四面体ABCD的体积;(II)证明:四边形EFGH是矩形.►(2)(2012·北京)如图1,在Rt△ABC中,∠C=90°,D,E分别为AC,AB的中点,点F为线段CD上的一点.将△ADE沿DE折起到△A1DE的位置,使A1F⊥CD,如图2.(I)求证:DE∥平面A1CB;(II)求证:A1F⊥BE;(III)线段A1B上是否存在点Q,使A1C⊥平面DEQ?说明理由.【变式训练】1.(2016·浙江联考)已知a,b,c为三条不同的直线,α,β是空间两个平面,且a⊂α,b⊂β,α∩β=c.给出下列命题:①若a与b是异面直线,则c至少与a,b中的一条相交;②若a不垂直于c,则a与b一定不垂直;③若a∥b,则必有a∥c;④若a⊥b,a⊥c,则必有α⊥β. 其中正确命题的个数是()A.0B.1C.2D.32.(2012·四川)下列命题正确的是()A.若两直线和同一平面所成的角相等,则这两条直线平行B.若一平面内有三点到另一平面的距离相等,则这两平面平行C.若一直线平行于两相交平面,则这条直线与这两平面的交线平行D.若两个平面都垂直于第三个平面,则这两个平面平行3.(2015·福建)若l,m是两条不同的直线,m垂直于平面α,则“l⊥m”是“l∥α”的()A.充分而不必要条件B.必要而不充分条件C.充分必要条件D.既不充分也不必要条件4.(2016·山东济南一模)设m,n是两条不同的直线,α,β是两个不同的平面.()A.若m⊥n,n∥α,则m⊥αB.若m∥β,β⊥α,则m⊥αC.若m⊥β,n⊥β,n⊥α,则m⊥αD.若m⊥n,n⊥β,β⊥α,则m⊥α5.(2016·浙江温州联考)关于直线a,b,l及平面α,β,下列命题中正确的是()A.若a∥α,b∥α,则a∥bB.若a∥α,b⊥a,则b⊥αC.若a ⊂α,b ⊂α,且l ⊥a ,l ⊥b ,则l ⊥αD.若a ⊥α,a ∥β,则α⊥β 6.(2015·山东二模)设m ,n 是空间两条直线,α,β是空间两个平面,则下列命题中不正确的是( ) A.当n ⊥α时,“n ⊥β”是“α∥β”的充要条件B.当m ⊂α时,“m ⊥β”是“α⊥β”的充分不必要条件C.当m ⊂α时,“n ∥α”是“m ∥n ”的必要不充分条件D.当m ⊂α时,“n ⊥α”是“m ⊥n ”的充分不必要条件 7.(2016·浙江)已知互相垂直的平面α,β交于直线l ,若直线m ,n 满足m ∥α,n ⊥β,则( )A.m ∥lB.m ∥nC.n ⊥lD.m ⊥n 8.(2013北京)如图,四棱锥P -ABCD 中,AB ∥CD ,AB ⊥AD ,CD =2AB ,平面P AD ⊥底面ABCD ,P A ⊥AD .E 和F 分别是CD 和PC 的中点.求证: (1)P A ⊥底面ABCD ; (2)BE ∥平面P AD ;(3)平面BEF ⊥平面PCD .9.[2014·山东文]如图,四棱锥P -ABCD 中,AP ⊥平面PCD , AD ∥BC ,AB =BC=12AD ,E ,F 分别为线段AD ,PC 的中点. (1)求证:AP ∥平面BEF ; (2)求证:BE ⊥平面P AC .10.(2013全国Ⅱ文)如图,直三棱柱ABC -A 1B 1C 1中,D ,E 分别是AB ,BB 1的中点.(Ⅰ)证明:BC 1∥平面A 1CD ;(Ⅱ)设AA 1=AC =CB =2,AB =22,求三棱锥C -A 1DE 的体积.11.(2013·辽宁)如图,AB 是圆O 的直径,P A 垂直圆O 所在的平面,C 是圆O 上的点. (1)求证:BC ⊥平面P AC ; (2)设Q 为P A 的中点,G 为△AOC 的重心,求证:QG ∥平面PBC .12.[2014·课标Ⅱ文]如图,四棱锥P -ABCD 中,底面ABCD 为矩形,P A ⊥平面ABCD ,E 为PD 的中点. (1)证明:PB ∥平面AEC ;(2)设AP =1,AD =3,三棱锥P - ABD 的体积V =34,求A到平面PBC 的距离.13.(2015江苏)如图,在直三棱柱ABC -A 1B 1C 1中,已知AC ⊥BC ,BC =CC 1.设AB 1的中点为D ,B 1C ∩BC 1=E . 求证:(1)DE ∥平面AA 1C 1C ; (2)BC 1⊥AB 1.14.(2015广东文)如图,三角形PDC 所在的平面与长方形ABCD 所在的平面垂直,PD =PC =4,AB =6,BC =3. (1)证明:BC ∥平面PDA ; (2)证明:BC ⊥PD ;(3)求点C 到平面PDA 的距离.15.(2015课标Ⅱ)如图,长方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,AB =16, BC =10,AA 1=8,点E ,F 分别在A 1B 1,D 1C 1上,A 1E =D 1F =4.过点E ,F 的平面α与此长方体的面相交,交线围成一个正方形.(1)在图中画出这个正方形(不必说明画法和理由); (2)求平面α把该长方体分成的两部分体积的比值.16.(2015陕西)如图,直角梯形ABCD 中,AD ∥B C,∠BAD =π2, AB =BC =12AD =a ,E 是AD 的中点,O 是AC 与BE 的交点.将△ABE 沿BE 折起到如图2中△A 1BE 的位置,得到四棱锥A 1﹣BCDE . (Ⅰ)证明:CD ⊥平面A 1OC ;(Ⅱ)当平面A 1BE ⊥平面BCDE 时,四棱锥A 1﹣BCDE 的体积为362,求a 的值.17.(2016·课标Ⅱ文)如图,菱形ABCD 的对角线AC 与BD 交于点O ,点E ,F 分别在AD ,CD 上,AE =CF ,EF 交BD 于点H ,将△DEF 沿EF 折到△D ′EF 的位置. (1)证明:AC ⊥HD ′(2)若AB =5,AC =6,AE =54,OD ′=22,求五棱锥D ′­ABCFE 的体积.18.(2016·课标Ⅲ文)如图,四棱锥P -ABCD 中,P A ⊥底面ABCD ,AD ∥BC ,AB =AD =AC =3,P A =BC =4,M 为线段AD 上一点,AM =2MD ,N 为PC 的中点. (1)证明MN ∥平面P AB ;(2)求四面体N -BCM 的体积.19.[2017全国I 文]如图,在四棱锥P-ABCD 中,AB//CD ,且∠BAP =∠CDP =90°.(1)证明:平面PAB ⊥平面PAD ; (2)若PA =PD =AB =DC ,∠ADP =90°,且四棱锥P-ABCD 的体积为83,求该四棱锥的侧面积.20.[2017全国II 文]如图,四棱锥P-ABCD 中,侧面PAD 为等边三角形且垂直于底面ABCD ,AB =BC =12AD , ∠BAD =∠ABC =90°.(1)证明:直线BC ∥平面PAD ;(2)若△PCD 面积为27,求四棱锥P-ABCD 的体积.21.[2017全国III 文]在正方体ABCD-A 1B 1C 1D 1中,E 为棱CD 的中点,则( )A.A 1E ⊥DC 1B.A 1E ⊥BDC.A 1E ⊥BC 1D.A 1E ⊥AC22.[2017全国III 文]如图,四面体ABCD 中,△ABC 是正三角形,AD =CD .(1)证明:AC ⊥BD ;(2)已知△ACD 是直角三角形,AB =BD .若E 为棱BD 上与D 不重合的点,且AE ⊥EC ,求四面体ABCE 与四面体ACDE 的体积比.。

高中数学-立体几何-空间中的平行和垂直关系

高中数学-立体几何-空间中的平行和垂直关系

高中数学总复习-第七章立体几何-空间中的平行和垂直关系【知识结构图】第3课空间中的平行关系【考点导读】1.掌握直线和平面平行、两个平面平行的判定定理和性质定理。

2.明确定义与定理的不同,定义是可逆的,既是判定也是性质,而判定定理与性质定理多是不可逆的。

3.要能灵活的对“线线平行”、“线面平行”和“面面平行”进行转化。

【基础练习】1.若ba、为异面直线,直线c∥a,则c与b的位置关系是异面或相交2.给出下列四个命题:①垂直于同一直线的两条直线互相平行. ②垂直于同一平面的两个平面互相平行.③若直线12,l l 与同一平面所成的角相等,则12,l l 互相平行. ④若直线12,l l 是异面直线,则与12,l l 都相交的两条直线是异面直线. 其中假.命题的个数是 4 个。

3.对于任意的直线l 与平面a ,在平面a 内必有直线m ,使m 与l 垂直 。

4. 已知a 、b 、c 是三条不重合的直线,α、β、r 是三个不重合的平面,下面六个命题:①a ∥c ,b ∥c ⇒a ∥b ;②a ∥r ,b ∥r ⇒a ∥b ;③α∥c ,β∥c ⇒α∥β; ④α∥r ,β∥r ⇒α∥β;⑤a ∥c ,α∥c ⇒a ∥α;⑥a ∥r ,α∥r ⇒a ∥α. 其中正确的命题是 ①④ 。

【范例导析】例1.如图,在四面体ABCD 中,截面EFGH 是平行四边形. 求证:AB ∥平面EFG . 证明 :∵面EFGH 是截面.∴点E ,F ,G ,H 分别在BC ,BD ,DA ,AC 上. ∴EH面ABC ,GF面ABD ,由已知,EH ∥GF .∴EH ∥面ABD . 又 ∵EH 面BAC ,面ABC ∩面ABD=AB∴EH ∥AB . ∴AB ∥面EFG .例2. 如图,在正方体ABCD —A 1B 1C 1D 1中,点N 在BD 上,点M 在B 1C 上,并且CM=DN.求证:MN ∥平面AA 1B 1B.分析:“线线平行”、“线面平行”、“面面平行”是可以互相转化的。

立体几何中的垂直关系

立体几何中的垂直关系

立体几何中的垂直关系环节1 明晰高考要求垂直关系是立体几何中元素间关系考查的核心,主要从线线垂直、线面垂直、面面垂直三个方面进行考查,而且以线面垂直为聚焦!线面位置关系的考查强调从平面和空间两个方向研究线线垂直!在 “线线垂直”中要特别重视常规平面几何图形中存在的线线垂直性质与以及从空间角度出发,研究线线垂直的性质的定理。

真题示例① 平面几何角度研究垂直关系题1. (2018全国卷Ⅱ)如图,在三棱锥-P ABC中,==AB BC PA PB PC ===4AC =,O 为AC 的中点.(1)证明:PO ⊥平面ABC ;(2)若点M 在棱BC 上,且二面角--M PA C 为30︒,求PC 与平面PAM 所成角的正弦值.题2.(2017新课标Ⅲ)如图,四面体ABCD 中,ABC ∆是正三角形,ACD ∆是直角三角形,ABD CBD ∠=∠,AB BD =.(1) 证明:平面ACD ⊥平面ABC ;(2)过AC 的平面交BD 于点E ,若平面AEC 把四面体ABCD 分成体积相等的两部分,求二面角D AE C --的余弦值.O MPCBAABCDE② 平面几何角度和空间几何角度研究垂直关系题3 .(2018北京)如图,在三棱柱111ABC A B C -中,1CC ⊥平面ABC ,D ,E ,F ,G 分别为1AA ,AC ,11A C ,1BB的中点,AB BC ==12AC AA ==.(1)求证:AC ⊥平面BEF ; (2)求二面角1B CD C --的余弦值;题4.(2018全国卷Ⅲ)如图,边长为2的正方形ABCD 所在的平面与半圆弧CD 所在平面垂直,M 是CD 上异于C ,D 的点.(1)证明:平面AMD ⊥平面BMC ;(2)当三棱锥M ABC -体积最大时,求面MAB 与面MCD 所成二面角的正弦值.环节2 问题自主解决 1回归教材题5 [必修二 P 67 练习第 1 题] 三棱锥V - ABC 中,VA = VC , BA = BC .求证:VB ^ AC .题6.必修二P 79 复习参考题第1 题] 边长为2 的正方形 ABCD 中,点 E 是 AB 的中点,点 F 是 BC 的中点,将△C 1B 1A 1G FE DC BAMD CBAAED 、△ DCF 分别沿 DE 、 DF 折起,使 A 、C 两点重合于点 A ,连接 EF ,求证: A D EF .题7. [必修二 P 74 习题 2.3B 组第 4 题]如图, AB 为圆O 的直径,点C 是圆O 上的动点,过动点C 的直线垂直于圆O 所在的平面, D , E 分别是VA ,VC 的中点,试判断直线 DE 与平面VBC 的位置关系,并说明理由.题8.[必修二 P 66 探究题]直四棱柱 AB C D ABCD (侧棱与底面垂直的棱柱称为直棱柱)中,底面四边形ABCD 满足什么条件时, A C B D ?问题自主探索:①证明线线垂直用到了平面图形的哪些性质? ②请归纳证明线线垂直、线面垂直和面面垂直的方法. 环节3 经典考题选讲题9.(2019浙江19)如图,已知三棱柱111ABC A B C -,平面11A ACC ⊥平面ABC ,90ABC ∠=︒,1130,,,BAC A A AC AC E F ∠=︒==分别是AC ,A 1B 1的中点. (1)证明:EF BC ⊥;(2)求直线EF 与平面A 1BC 所成角的余弦值.题10.(2013新课标Ⅰ)如图,三棱柱111ABC A B C -中,CA CB =,1AB AA =,1BAA ∠=60°.(Ⅰ)证明1AB A C ⊥;(Ⅱ)若平面ABC ⊥平面11AA B B ,AB CB =,求直线1A C 与平面11BB C C 所成角的正弦值.题11.(2018浙江)如图,已知多面体111ABCA B C ,1A A ,1B B ,1C C 均垂直于平面ABC ,120ABC ∠=,14A A =,11C C =,12AB BC B B ===.(1)证明:1AB ⊥平面111A B C ;(2)求直线1AC 与平面1ABB 所成的角的正弦值.题12.(2017江苏)如图,在三棱锥A BCD -中,AB ⊥AD ,BC ⊥BD ,平面ABD ⊥平面BCD ,点E 、F (E 与A 、D 不重合)分别在棱AD ,BD 上,且EF ⊥AD .C 1B 1A 1CBA求证: AD ⊥AC .环节4 规律总结 1. 2. 3. 4.环节5 考题精选精做题13.(2019全国Ⅰ理18)如图,直四棱柱ABCD–A 1B 1C 1D 1的底面是菱形,AA 1=4,AB =2,∠BAD =60°,E ,M ,N分别是BC ,BB 1,A 1D 的中点.(1)证明:MN ∥平面C 1DE ;(2)求二面角A -MA 1-N 的正弦值.题14.(2019北京理16)如图,在四棱锥P ABCD -中,PA ABCD ⊥平面,AD CD ⊥,ADBC ,2PA AD CD BC ====,.E 为PD 的中点,点F 在PC 上,且13PF PC =.FABCDE(Ⅰ)求证:CD PAD ⊥平面; (Ⅱ)求二面角F AE P --的余弦值; (Ⅲ)设点G 在PB 上,且23PG PB =.判断直线AG 是否在平面AEF 内,说明理由. 题15.(2019全国Ⅲ理19)图1是由矩形ADEB 、R t △ABC 和菱形BFGC 组成的一个平面图形,其中AB =1,BE =BF =2,∠FBC =60°,将其沿AB ,BC 折起使得BE 与BF 重合,连结DG ,如图2. (1)证明:图2中的A ,C ,G ,D 四点共面,且平面ABC ⊥平面BCGE ; (2)求图2中的二面角B-CG-A 的大小.题16.(2019全国Ⅱ理17)如图,长方体ABCD –A 1B 1C 1D 1的底面ABCD 是正方形,点E 在棱AA 1上,BE ⊥EC 1.(1)证明:BE ⊥平面EB 1C 1;(2)若AE =A 1E ,求二面角B –EC –C 1的正弦值. 题17.(2019天津理17)如图,AE ⊥平面ABCD ,,CF AE AD BC∥∥,,1,2AD AB AB AD AE BC ⊥====.(Ⅰ)求证:BF ∥平面ADE ;(Ⅱ)求直线CE 与平面BDE 所成角的正弦值; (Ⅲ)若二面角E BD F --的余弦值为13,求线段CF 的长.题18. (2018全国卷Ⅰ)如图,四边形ABCD 为正方形,E ,F 分别为AD ,BC 的中点,以DF 为折痕把DFC△折起,使点C 到达点P 的位置,且PF BF ⊥. (1)证明:平面PEF ⊥平面ABFD ; (2)求DP 与平面ABFD 所成角的正弦值.题19.(2018江苏)在平行六面体1111ABCD A B C D -中,1AA AB =,111AB B C ⊥.求证:平面11ABB A ⊥平面1A BC .题20.(2017新课标Ⅰ)如图,在四棱锥P ABCD -中,AB ∥CD ,且90BAP CDP ∠=∠=.PF E D C BAD 11B 1A 1DCBA(1)证明:平面PAB ⊥平面PAD ;(2)若PA PD AB DC ===,90APD ∠= ,求二面角A PB C --的余弦值.题21.(2016全国I )如图,在以A ,B ,C ,D ,E ,F 为顶点的五面体中,面ABEF 为正方形,2AF FD =,90AFD ∠=,且二面角D AF E --与二面角C BE F --都是60.(I )证明:平面ABEF⊥平面EFDC ;(II )求二面角E BC A --的余弦值.题22.(2016全国II )如图,菱形ABCD 的对角线AC 与BD 交于点O ,5AB =,6AC =,点E ,F 分别在AD ,CD 上,54AE CF ==,EF 交BD 于点H .将ΔDEF 沿EF折到ΔD EF '的位置,OD ' (I )证明:D H '⊥平面ABCD ; (II )求二面角B D A C '--的正弦值.1.(2019全国Ⅲ理8)如图,点N 为正方形ABCD 的中心,△ECD 为正三角形,平面ECD ⊥平面ABCD ,M 是线段ED 的中点,则DCBAPA .BM =EN ,且直线BM 、EN 是相交直线B .BM ≠EN ,且直线BM ,EN 是相交直线C .BM =EN ,且直线BM 、EN 是异面直线D .BM ≠EN ,且直线BM ,EN 是异面直线2.(2018全国卷Ⅱ)在长方体1111-ABCD A B C D 中,1==AB BC ,1=AA 1AD 与1DB 所成角的余弦值为A .15B D 4.(2018浙江)已知四棱锥S ABCD -的底面是正方形,侧棱长均相等,E 是线段AB 上的点(不含端点),设SE 与BC 所成的角为1θ,SE 与平面ABCD 所成的角为2θ,二面角S AB C --的平面角为3θ,则 A .123θθθ≤≤ B .321θθθ≤≤ C .132θθθ≤≤ D .231θθθ≤≤5.(2017新课标Ⅱ)已知直三棱柱111ABC A B C -中,120ABC ∠=,2AB =,11BC CC ==,则异面直线1AB 与1BC 所成角的余弦值为A B D 6.(2017浙江)如图,已知正四面体D ABC -(所有棱长均相等的三棱锥),P ,Q ,R 分别为AB ,BC ,CA 上的点,AP PB =,2BQ CRQC RA==,分别记二面角D PR Q --,D PQ R --,D QR P --的平面角为α,β,γ,则RQ PAB CDA.γ<α<βB.α<γ<βC.α<β<γD.β<γ<α。

立体几何中的平行与垂直关系

立体几何中的平行与垂直关系

立体几何中的平行与垂直关系在立体几何中,平行和垂直关系是非常基本且重要的概念。

通过理解和应用这些关系,我们可以更好地解决与立体图形相关的问题。

本文将介绍平行和垂直关系的定义和性质,并通过实例进行说明,以帮助读者更好地理解和运用这些概念。

一、平行关系在立体几何中,当两个线、面或者空间图形之间的相对位置满足特定条件时,我们可以说它们是平行的。

具体而言,以下是平行关系的定义和性质:1. 定义:如果两条直线在同一平面内,且在平面内没有交点,那么这两条直线被称为平行线。

用简单的符号表示为"//"。

2. 性质:平行线具有以下重要性质:a) 平行线之间的距离始终相等。

也就是说,如果有一条直线与一组平行线相交,那么从这条直线到任意一条平行线的距离都相等。

b) 平行线夹角与其对应的第三条平行线夹角相等。

也就是说,如果有两组平行线相交,那么相交的两对对应线之间的夹角相等。

二、垂直关系垂直关系是平行关系的一种特殊情况。

当两条直线、面或者空间图形之间的相对位置形成直角时,我们可以说它们是垂直的。

具体而言,以下是垂直关系的定义和性质:1. 定义:如果两条直线或者平面相交时,相交的两条直线或者平面的交角为90°,那么它们被称为垂直的。

2. 性质:垂直关系具有以下重要性质:a) 垂直线之间的夹角是直角,即为90°。

b) 垂直平面之间的夹角也是直角。

通过理解和应用平行和垂直关系,我们可以在解决立体几何问题时更加便捷和准确。

以下是一些实例,用以说明如何运用平行和垂直关系:实例1:矩形的性质考虑一个矩形ABCD,其中AB平行于CD,AD平行于BC。

根据平行关系的性质,我们可以得出以下结论:a) AB和CD之间的距离相等。

b) AD和BC之间的距离相等。

c) AB和CD之间的夹角以及AD和BC之间的夹角都是直角。

d) 矩形的对角线AC和BD相交于O,而OA和OC以及OB和OD之间的夹角也都是直角。

推导立体几何中的平行与垂直关系

推导立体几何中的平行与垂直关系

推导立体几何中的平行与垂直关系在立体几何中,平行和垂直关系是两个重要的几何概念。

本文将通过推导的方式来探讨平行和垂直之间的关系,从而更深入地理解它们在空间中的性质和应用。

1. 平行线的推导在立体几何中,平行线是指在同一个平面内永不相交的两条直线。

我们可以通过以下的推导过程来证明平行线之间的关系。

(省略推导过程,只列出结论)结论1:如果两条直线分别与一条第三条直线相交,并且这两个交点的两组内角互补或对顶角相等,那么这两条直线是平行的。

结论2:如果两条直线被一组平行线截断,并且这两组截断线的对应角互等,那么这两条直线是平行的。

结论3:如果两条直线被同一平面平行于第三条直线截断,并且截断线上的对应角互等,那么这两条直线是平行的。

2. 垂直关系的推导垂直关系是指两条线段、两个平面或两个立体体素之间的相互垂直性。

下面是垂直关系的推导过程。

结论4:如果两条线段的斜率相乘为-1,则它们是垂直的。

结论5:如果两个平面的法向量垂直,则这两个平面是垂直的。

结论6:如果两个立体体素的对应面之间的相交线段互相垂直,则这两个立体体素是垂直的。

通过上述的推导过程,我们可以明确平行线和垂直关系在立体几何中的性质和判定条件。

这些性质和条件在实际问题中有着广泛的应用,例如在建筑设计、空间规划和工程测量等领域。

总结起来,平行和垂直关系是立体几何中的重要概念。

通过推导我们可以得出平行线的判定条件和垂直关系的性质,从而更好地理解它们在空间中的应用。

对于解决实际问题和深入学习几何学来说,这些知识将会帮助我们更好地理解和应用平行和垂直的性质。

在实践中,我们可以通过几何题目的解答来进一步巩固对平行和垂直关系的理解。

通过本文的学习,相信读者对于立体几何中的平行和垂直关系有了更深入的认识。

在以后的学习和工作中,我们可以灵活运用这些概念和推导方法,更好地解决与立体几何相关的问题。

立体几何作为数学的一个重要分支,在应用中有着广泛的价值和意义。

因此,深入理解并掌握平行和垂直关系是我们学习立体几何的关键。

第3章3.2 立体几何中的向量方法(二)垂直关系

第3章3.2 立体几何中的向量方法(二)垂直关系
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高考调研 ·新课标 ·数学选修2-1
授人以渔
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高考调研 ·新课标 ·数学选修2-1
题型一 利用空间向量证明线线垂直 例 1 已知正三棱柱 ABC-A1B1C1 的各棱 长都为 1,M 是底面上 BC 边的中点,N 是侧棱 CC1 上的点,且 CN=14CC1.求证:AB1⊥MN.
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探究 2 如何利用向量法证明线面垂直? 用向量法证明线面垂直的方法步骤: (1)坐标法: ①建立空间直角坐标系,将直线的方向向量用坐标表示. ②求平面内任意两条相交直线的方向向量或平面的法向量. ③证明直线的方向向量与平面内两相交直线的方向向量垂 直或与平面的法向量平行.
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1.若两个不同平面 α,β 的法向量分别为 u=(2,1,-1),
v=(3,2,8),则( )
A.α ∥β
B.α ⊥β
C.α ,β 相交不垂直 答案 B
D.以上均不正确
解析 ∵v·u=6+2-8=0.
∴v⊥u,∴α⊥β.
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高考调研 ·新课标 ·数学选修2-1
高考调研 ·新课标 ·数学选修2-1
【解析】 方法一:(基向量法) 设A→B=a,A→C=b,A→A1=c,则由已知条件和正三棱柱的性 质,得|a|=|b|=|c|=1,a·c=b·c=0. A→B1=a+c,A→M=12(a+b),A→N=b+14c, M→N=A→N-A→M=-12a+12b+14c, ∴A→B1·M→N=(a+c)·(-12a+12b+14c) =-12+12cos60°+14=0. ∴A→B1⊥M→N,∴AB1⊥MN.
a,0).
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2024全国高考真题数学汇编:空间中的垂直关系

2024全国高考真题数学汇编:空间中的垂直关系

2024全国高考真题数学汇编空间中的垂直关系一、单选题1.(2024天津高考真题)若,m n 为两条不同的直线, 为一个平面,则下列结论中正确的是()A .若//m ,//n ,则m nB .若//,//m n ,则//m nC .若//, m n ,则m nD .若//, m n ,则m 与n 相交2.(2024全国高考真题)已知正三棱台111ABC A B C -的体积为523,6AB ,112A B ,则1A A 与平面ABC 所成角的正切值为()A .12B .1C .2D .33.(2024全国高考真题)设 、为两个平面,m n 、为两条直线,且m .下述四个命题:①若//m n ,则//n 或//n②若m n ,则n 或n③若//n 且//n ,则//m n④若n 与 , 所成的角相等,则m n 其中所有真命题的编号是()A .①③B .②④C .①②③D .①③④4.(2024北京高考真题)如图,在四棱锥P ABCD 中,底面ABCD 是边长为4的正方形,4PA PB ,PC PD ).A .1B .2CD二、解答题5.(2024全国高考真题)如图,四棱锥P ABCD 中,PA 底面ABCD ,2PA AC ,1,BC AB .(1)若AD PB ,证明://AD 平面PBC ;(2)若AD DC ,且二面角A CP D 的正弦值为7,求AD .6.(2024全国高考真题)如图,//,//AB CD CD EF ,2AB DE EF CF ,4,CD AD BCAE M 为CD 的中点.(1)证明://EM 平面BCF ;(2)求点M 到ADE 的距离.7.(2024上海高考真题)如图为正四棱锥,P ABCD O 为底面ABCD 的中心.(1)若5,AP AD ,求POA 绕PO 旋转一周形成的几何体的体积;(2)若,AP AD E 为PB 的中点,求直线BD 与平面AEC 所成角的大小.参考答案1.C【分析】根据线面平行的性质可判断AB 的正误,根据线面垂直的性质可判断CD 的正误.【详解】对于A ,若//m ,//n ,则,m n 平行或异面或相交,故A 错误.对于B ,若//,//m n ,则,m n 平行或异面或相交,故B 错误.对于C ,//, m n ,过m 作平面 ,使得s ,因为m ,故//m s ,而s ,故n s ,故m n ,故C 正确.对于D ,若//, m n ,则m 与n 相交或异面,故D 错误.故选:C.2.B【分析】解法一:根据台体的体积公式可得三棱台的高h3AM ,进而根据线面夹角的定义分析求解;解法二:将正三棱台111ABC A B C -补成正三棱锥 P ABC ,1A A 与平面ABC 所成角即为PA 与平面ABC 所成角,根据比例关系可得18P ABC V ,进而可求正三棱锥 P ABC 的高,即可得结果.【详解】解法一:分别取11,BC B C 的中点1,D D ,则11AD A D ==可知11111662222ABC A B C S S 设正三棱台111ABC A B C -的为h ,则 11115233ABC A B C V h ,解得3h ,如图,分别过11,A D 作底面垂线,垂足为,M N ,设AM x ,则1AA DN AD AM MN x =--=-,可得1DD 结合等腰梯形11BCC B 可得22211622BB DD ,即 221616433x x ,解得x所以1A A 与平面ABC 所成角的正切值为11tan 1A M A AD AMÐ==;解法二:将正三棱台111ABC A B C -补成正三棱锥 P ABC,则1A A 与平面ABC 所成角即为PA 与平面ABC 所成角,因为11113PA A B PA AB ,则111127P A B C P ABC V V ,可知1112652273ABC A B C P ABC V V ,则18P ABC V ,设正三棱锥 P ABC 的高为d,则11661832P ABC V d,解得d ,取底面ABC 的中心为O ,则PO 底面ABC,且AO 所以PA 与平面ABC 所成角的正切值tan 1PO PAO AO.故选:B.3.A【分析】根据线面平行的判定定理即可判断①;举反例即可判断②④;根据线面平行的性质即可判断③.【详解】对①,当n ,因为//m n ,m ,则//n ,当n ,因为//m n ,m ,则//n ,当n 既不在 也不在 内,因为//m n ,,m m ,则//n 且//n ,故①正确;对②,若m n ,则n 与, 不一定垂直,故②错误;对③,过直线n 分别作两平面与, 分别相交于直线s 和直线t ,因为//n ,过直线n 的平面与平面 的交线为直线s ,则根据线面平行的性质定理知//n s ,同理可得//n t ,则//s t ,因为s 平面 ,t 平面 ,则//s 平面 ,因为s 平面 ,m ,则//s m ,又因为//n s ,则//m n ,故③正确;对④,若,m n 与 和 所成的角相等,如果//,// n n ,则//m n ,故④错误;综上只有①③正确,故选:A.4.D【分析】取点作辅助线,根据题意分析可知平面PEF 平面ABCD ,可知PO 平面ABCD ,利用等体积法求点到面的距离.【详解】如图,底面ABCD 为正方形,当相邻的棱长相等时,不妨设4,PA PB AB PC PD ,分别取,AB CD 的中点,E F ,连接,,PE PF EF ,则,PE AB EF AB ,且PE EF E ,,PE EF 平面PEF ,可知AB 平面PEF ,且AB 平面ABCD ,所以平面PEF 平面ABCD ,过P 作EF 的垂线,垂足为O ,即PO EF ,由平面PEF 平面ABCD EF ,PO 平面PEF ,所以PO 平面ABCD ,由题意可得:2,4PE PF EF ,则222PE PF EF ,即PE PF ,则1122PE PF PO EF ,可得PE PF PO EF,当相对的棱长相等时,不妨设4PA PC ,PB PD因为BD PB PD ,此时不能形成三角形PBD ,与题意不符,这样情况不存在.故选:D.5.(1)证明见解析【分析】(1)先证出AD 平面PAB ,即可得AD AB ,由勾股定理逆定理可得BC AB ,从而//AD BC ,再根据线面平行的判定定理即可证出;(2)过点D 作DE AC 于E ,再过点E 作EF CP 于F ,连接DF ,根据三垂线法可知,DFE 即为二面角A CP D 的平面角,即可求得tan DFE AD 的长度表示出,DE EF ,即可解方程求出AD .【详解】(1)(1)因为PA 平面ABCD ,而AD 平面ABCD ,所以PA AD ,又AD PB ,PB PA P ,,PB PA 平面PAB ,所以AD 平面PAB ,而AB 平面PAB ,所以AD AB .因为222BC AB AC ,所以BC AB ,根据平面知识可知//AD BC ,又AD 平面PBC ,BC 平面PBC ,所以//AD 平面PBC .(2)如图所示,过点D 作DE AC 于E ,再过点E 作EF CP 于F ,连接DF ,因为PA 平面ABCD ,所以平面PAC 平面ABCD ,而平面PAC 平面ABCD AC ,所以DE 平面PAC ,又EF CP ,所以 CP 平面DEF ,根据二面角的定义可知,DFE 即为二面角A CP D 的平面角,即sin DFEtan DFE 因为AD DC ,设AD x,则CD 42x x DE ,又242xCE,而EFC 为等腰直角三角形,所以2EF故22tan 4DFE xxAD6.(1)证明见详解;【分析】(1)结合已知易证四边形EFCM 为平行四边形,可证//EM FC ,进而得证;(2)先证明OA 平面EDM ,结合等体积法M ADE A EDM V V 即可求解.【详解】(1)由题意得,//EF MC ,且EF MC ,所以四边形EFCM 是平行四边形,所以//EM FC ,又CF 平面,BCF EM 平面BCF ,所以//EM 平面BCF ;(2)取DM 的中点O ,连接OA ,OE ,因为//AB MC ,且ABMC ,所以四边形AMCB 是平行四边形,所以AMBC 又AD ,故ADM △是等腰三角形,同理EDM △是等腰三角形,可得,,3,OA DM OE DM OA OE又AE 222OA OE AE ,故OA OE .又,,,OA DM OE DM O OE DM 平面EDM ,所以OA 平面EDM ,易知122EDM S在ADE V 中,cosDEA所以1sin ,24242DEA DEA S .设点M 到平面ADE 的距离为d ,由M ADE A EDM V V ,得1133ADE EDM S d S OA ,得13d ,故点M 到平面ADE 的距离为13.7.(1)12π(2)π4【分析】(1)根据正四棱锥的数据,先算出直角三角形POA 的边长,然后求圆锥的体积;(2)连接,,EA EO EC ,可先证BE 平面ACE ,根据线面角的定义得出所求角为 BOE ,然后结合题目数量关系求解.【详解】(1)正四棱锥满足且PO 平面ABCD ,由AO 平面ABCD ,则PO AO ,又正四棱锥底面ABCD 是正方形,由 AD 3AO ,故4PO ,根据圆锥的定义,POA 绕PO 旋转一周形成的几何体是以PO 为轴,AO 为底面半径的圆锥,即圆锥的高为4PO ,底面半径为3AO ,根据圆锥的体积公式,所得圆锥的体积是21π3412π3(2)连接,,EA EO EC ,由题意结合正四棱锥的性质可知,每个侧面都是等边三角形,由E 是PB 中点,则,AE PB CE PB ,又,,AE CE E AE CE 平面ACE ,故PB 平面ACE ,即BE 平面ACE ,又BD 平面ACE O ,于是直线BD 与平面AEC 所成角的大小即为 BOE ,不妨设6AP AD ,则3BO BE ,sinBOE,又线面角的范围是π0,2 ,故π4BOE .即为所求.。

立体几何3直线与平面的位置关系(平行、垂直、异面)-高考数学专题复习

立体几何3直线与平面的位置关系(平行、垂直、异面)-高考数学专题复习

立体几何—直线与平面的位置关系(平行、垂直、异面)知识精要1、证明直线与平面的平行的思考途径:(1)转化为直线与平面无公共点; (2)转化为线线平行; (3)转化为面面平行. 2、证明直线与平面垂直的思考途径:(1)转化为该直线与平面内任一直线垂直; (2)转化为该直线与平面内相交二直线垂直; (3)转化为该直线与平面的一条垂线平行; (4)转化为该直线垂直于另一个平行平面。

3、证明平面与平面的垂直的思考途径:(1)转化为判断二面角是直二面角; (2)转化为线面垂直;(3) 转化为两平面的法向量平行。

4、 空间向量的直角坐标运算:设a =123(,,)a a a ,b =123(,,)b b b 则:(1) a +b =112233(,,)a b a b a b +++; (2) a -b =112233(,,)a b a b a b ---; (3)λa =123(,,)a a a λλλ (λ∈R); (4) a ·b =112233a b a b a b ++; 5、 夹角公式:设a =123(,,)a a a ,b =123(,,)b b b ,则2cos ,a b a <>=.6、 异面直线间的距离 :||||CD n d n ⋅=(12,l l 是两异面直线,其公垂向量为n ,C D 、是12,l l 上任一点,d 为12,l l 间的距离).7、点B 到平面α的距离:||||AB n d n ⋅=(n 为平面α的法向量,A α∈,AB 是α的一条斜线段). 热身练习:1、A 、B 、C 表示不同的点,a 、l 表示不同的直线,α、β表示不同的平面,下列推理不正确的是 ( C )()A ααα⊂⇒∈∈∈∈l B l B A l A ,,,()B βα∈∈A A ,,AB B B =⇒∈∈βαβα ,直线 ()C αα∉⇒∈A l A l ,内不在()D α∈C B A ,,,β∈C B A ,,且C B A ,,不共线α⇒与β重合2、对于空间三条直线,有下列四个条件:①三条直线两两相交且不共点;②三条直线两两平行;③三条直线共点;④有两条直线平行,第三条直线和这两条直线都相交. 其中,使三条直线共面的充分条件有 ( B )(1和4)()A 1个 ()B 2个 ()C 3个 ()D 4个3、在空间四边形ABCD 的边AB 、BC 、CD 、DA 上分别取点H G F E ,,,,如果EF 与HG 相交于一点M ,那么 ( A )()A M 一定在直线AC 上 ()B M 一定在直线BD 上 ()C M 可能在直线AC 上,也可能在直线BD 上 ()D M 既不在直线AC 上,也不在直线BD 上4、设ABCD 是空间四边形,E ,F 分别是AB ,CD 的中点,则,,满足( B ) (A ) 共线 (B ) 共面 (C ) 不共面 (D ) 可作为空间基向量 正确答案:B 错因:学生把向量看为直线。

《立体几何中的平行与垂直关系》专题训练

《立体几何中的平行与垂直关系》专题训练

一、单选题1.m 、n 是平面α外的两条直线,在m ∥α的前提下,m ∥n 是n ∥α的().A.充分而不必要条件B.必要而不充分条件C.充分必要条件D.既不充分也不必要条件2.已知空间中不过同一点的三条直线l ,m ,n .“l ,m ,n 共面”是“l ,m ,n 两两相交”的().A.充分不必要条件B.必要不充分条件C.充分必要条件D.既不充分也不必要条件3.设α,β为两个平面,则α∥β的充要条件是().A.α内有无数条直线与β平行B.α,β平行与同一个平面C.α内有两条相交直线与β内两条相交直线平行D.α,β垂直与同一个平面4.已知l ,m 是两条不同的直线,m //平面α,则().A.若l //m ,则l //αB.若l //α,则l //mC.若l ⊥m ,则l ⊥αD.若l ⊥α,则l ⊥m5.设α,β为两个平面,则α∥β的充要条件是().A.α内有无数条直线与β平行B.α内有两条相交直线与β平行C.α,β平行于同一条直线D.α,β垂直于同一平面6.如果用m ,n 表示不同直线,α,β,γ表示不同平面,下列叙述正确的是().A.若m //α,m //n ,则n //αB.若m //n ,m ⊂α,n ⊂β,则α//βC.若α⊥γ,β⊥γ,则α//βD.若m ⊥α,n ⊥α,则m //n7.如图1,点P 在正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1的面对角线BC 1上运动,则下列四个结论:图1①三棱锥A -D 1PC 的体积不变;②A 1P //平面ACD 1;③DP ⊥BC 1;④平面PDB 1⊥平面ACD 1.其中正确的结论的个数是().A.1个B.2个C.3个D.4个8.如图2,点N 为正方形ABCD 的中心,△ECD 为正三角形,平面ECD ⊥平面ABCD ,M 是线段ED 的中点,则().图2A.BM =EN ,且直线BM ,EN 是相交直线B.BM ≠EN ,且直线BM ,EN 是相交直线C.BM =EN ,且直线BM ,EN 是异面直线D.BM ≠EN ,且直线BM ,EN 是异面直线9.如下图所示的四个正方体中,A ,B 正方体的两个顶点,M ,N ,P 分别为其所在棱的中点,能得出AB //平面MNP 的图形的序号为().59A.①②B.②③C.③④D.①②③10.如图3,在直角梯形ABCD中,BC⊥CD,AB=BC=2,CD=4,E为CD中点,M,N分别为AD,BC的中点,将△ADE沿AE折起,使点D到D1,M到M1,在翻折过程中,有下列命题:图3①||M1M的最小值为1;②M1N//平面CD1E;③存在某个位置,使M1E⊥DE;④无论M1位于何位置,均有M1N⊥AE.其中正确命题的个数为().A.1B.2C.3D.4二、多选题11.已知α,β是两个不重合的平面,m,n是两条不重合的直线,则下列命题正确的是().A.若m//n,m⊥α,则n⊥αB.若m//α,α⋂β=n,则m//nC.若m⊥α,m⊥β,则α//βD.若m⊥α,m//n,n⊥β,则α//β12.已知菱形ABCD中,∠BAD=60°,AC与BD 相交于点O,将△ABD沿BD折起,使顶点A至点M,在折起的过程中,下列结论正确的是().A.BD⊥CMB.存在一个位置,使△CDM为等边三角形C.DM与BC不可能垂直D.直线DM与平面BCD所成的角的最大值为60°13.己知m、n为两条不重合的直线,α、β为两个不重合的平面,则下列说法正确的是().A.若m//α,n//β且α//β,则m//nB.若m//n,m⊥α,n⊥β,则α//βC.若m//n,n⊂α,α//β,m⊄β,则m//βD.若m//n,n⊥α,α⊥β,则m//β14.如图4,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,N为底面ABCD的中心,P为线段A1D1上的动点(不包括两个端点),M为线段AP的中点,则().图4A.CM与PN是异面直线B.CM>PNC.平面PAN⊥平面BDD1B1D.过P,A,C三点的正方体的截面一定是等腰梯形15.已知四棱锥P-ABCD,底面ABCD为矩形,侧面PCD⊥平面ABCD,BC=23,CD=PC=PD=26.若点M为PC的中点,则下列说法正确的为().A.BM⊥平面PCDB.PA//面MBDC.四棱锥M-ABCD外接球的表面积为36πD.四棱锥M-ABCD的体积为6三、填空题16.如图5,已知六棱锥P-ABCDEF的底面是正六边形,PA⊥平面ABC,PA=2AB,则下列结论中:①PB⊥AE;②平面ABC⊥平面PBC;③直线BC∥平面PAE;④∠PDA=45°.其中正确的有_______.(把所有正确的序号都填上)图517.已知l,m是平面α外的两条不同直线.给出下列三个论断:①l⊥m;②m∥α;③l⊥α.以其中的两个论断作为条件,余下的一个论断作为结论,写出一个正确的命题:_______.18.已知α,β是两个不同的平面,l,m是两条不同的直线,有如下四个命题:①若l⊥α,l⊥β,则α∥β;②若l⊥α,α⊥β,则l∥β;③若l∥α,l⊥β,则α⊥β;④若l∥α,α⊥β,则l⊥β.其中真命题为______(填所有真命题的序号).19.已知α,β是两个不同的平面,l,m是两条不同60,C⊥平面ABB.图622.如图7,在直三棱柱ABC为BC,AC的中点,AB=BC.(1)求证:A1B1∥平面DEC1;(2)求证:BE⊥C1E.23.如图8,在四棱锥P-ABCDPA,PD的中点.已知侧面PAD⊥是矩形,DA=DP.(1)求证:MN∥平面PBC;图8图9图11P-ABCD中,已知底BC=1,E,F分别是AB,;平面PDE.如图13,取PD中点G。

立体几何中平行和垂直问题的证明

立体几何中平行和垂直问题的证明

摇生"攵浬化知识篇科学备考新指向高考数学2021年2月立"#何%&行直问题的证明■江苏省华罗庚中学李普红平行与垂直关系的证明是高考考查立体几何的高频考点,大部分问题都可以用传统的几何方法解决,有一部分问题需要建立空间直角坐标系利用空间向量解决。

用传统法解题时,应注重线线平行、线线垂直、线面平行、线面垂直、面面平行、面面垂直等问题的性质定理和判定定理的灵活应用。

用向量法解题时,应建立恰当的空间直角坐标系,准确表示各点与相关向量的坐标。

考向一:证明线面平行!!如图1,已知空间几何体BACDE中,&BCD与&CDE均是边长为2的等边三角形,&ABC是腰长为3,底边为BC的等腰三角形,平面CDE丄平面BCD,平面ABC丄平面BCD"(1)试在平面BCD内作一条直线,使得直线上任意一点F与E的连线EF均与平面ABC平行,并给出证明;(2)求三棱锥E-ABC的体积。

解析:(1)如图2所示,取DC的中点为N,BD的中点为/,连接MN,则MN即为所求。

连接EM,EN,取BC的中点4,连接AH"因为&ABC是腰长为3的等腰三角形,H为BC的中点,所以AH丄BC。

又平面ABC丄平面BCD,平面ABC'平面BCD$BC,AH U平面ABC,所以AH 丄平面BCD"同理可证EN丄平面BCD"所以EN/AH"因为EN1平面ABC,AH U平面ABC,所以EN/平面ABC"又M,N分别为BD,DC的中点,所以MN/BC"因为MN1平面ABC,BC U平面ABC,所以MN/平面ABC"又MN'EN$N,MN U平面EMN,EN U平面EMN,所以平面EMN/平面ABC"又EF U平面EMN,所以EF/平面ABC,即直线MN上任意一点F与E的连线EF均与平面ABC平行°(2)连接DH,取CH的中点为G,连接NG,则NG/DH"由(1)可知EN/平面ABC,所以点E到平面ABC的距离与点N到平面ABC的距离相等°又&BCD是边长为2的等边三角形,所以DH丄BC。

高中数学必修二-立体几何中的垂直关系

高中数学必修二-立体几何中的垂直关系

立体几何中的垂直关系知识集结知识元线面垂直的定义及判定定理的理解知识讲解直线与平面垂直的判定1.直线与平面垂直的定义文字语言图形语言符号语言如果直线l与平面α内的任意一条直线都垂直,就说直线l与平面α互相垂直,直线l叫做平面αl⊥α的垂线,平面α叫做直线l的垂面,它们唯一的公共点P叫做垂足.2文字语言图形语言符号语言一条直线与一个平面内的两条相⇒l⊥α交直线都垂直,则该直线与此平面垂直3.证线面垂直的方法1.线线垂直证明线面垂直(1)定义法(不常用);(2)判定定理最常用(有时作辅助线).2.平行转化法(利用推论)(1)a∥b,a⊥α⇒b⊥α;(2)α∥β,a⊥α⇒a⊥β.例题精讲线面垂直的定义及判定定理的理解例1.下列条件中,能使直线m⊥平面α的是()A.m⊥b,m⊥c,b⊥α,c⊥αB.m⊥b,b∥αC.m∩b=A,b⊥αD.m∥b,b⊥α例2.直线l⊥平面α,直线m⊂α,则l与m不可能()A.平行B.相交C.异面D.垂直例3.已知ABCDA1B1C1D1为正方体,下列结论错误的是()A.BD∥平面CB1D1B.AC1⊥BDC.AC1⊥平面CB1D1D.AC1⊥BD1例4.如图所示,PA⊥平面ABC,在△ABC中,BC⊥AC,则图中直角三角形的个数有________.例5.四棱锥SABCD的底面ABCD为正方形,SD⊥底面ABCD,则下列结论中正确的有________个.①AC⊥SB;②AB∥平面SCD;③SA与平面ABCD所成的角是∠SAD;④AB与SC所成的角等于DC与SC所成的角.线面垂直判定定理的应用知识讲解直线与平面垂直的判定1.直线与平面垂直的判定定理文字语言图形语言符号语言一条直线与一个平面内的两条相⇒l⊥α交直线都垂直,则该直线与此平面垂直2.证线面垂直的方法1.线线垂直证明线面垂直(1)定义法(不常用);(2)判定定理最常用(有时作辅助线).2.平行转化法(利用推论)(1)a∥b,a⊥α⇒b⊥α;(2)α∥β,a⊥α⇒a⊥β.例题精讲线面垂直判定定理的应用例1.如图,平面α∩β=CD,EA⊥α,垂足为A,EB⊥β,垂足为B,则CD与AB的位置关系是________.例2.已知PA垂直于平行四边形ABCD所在的平面,若PC⊥BD,则平行四边形一定是________.例3.'如图,AB为⊙O的直径,PA垂直于⊙O所在的平面,M为圆周上任意一点,AN⊥PM,N为垂足.(1)求证:AN⊥平面PBM;(2)若AQ⊥PB,垂足为Q,求证:NQ⊥PB.'直线与平面所成的角知识讲解一..直线与平面所成的角(1)定义:平面的一条斜线和它在平面上的射影所成的锐角.(2)范围:设直线与平面所成的角为θ,则0°≤θ≤90°.(3)画法:如图所示,斜线AP与平面α所成的角是∠PAO.二.求直线和平面所成角的步骤1.寻找过斜线上一点与平面垂直的直线.2.连接垂足和斜足得到斜线在平面上的射影,斜线与其射影所成的锐角即为所求的角.3.把该角归结在某个三角形中,通过解三角形,求出该角.例题精讲直线与平面所成的角例1.如图,三棱锥PABC中,PA⊥AB,PA⊥BC,则直线PB和平面ABC所成的角是()A.∠BPA B.∠PBA C.∠PBC D.以上都不对例2.直线l与平面α所成的角为70°,直线l∥m,则m与α所成的角等于()A.20°B.70°C..90°D.110°例3.在正方体ABCDA1B1C1D1中,BB1与平面ACD1所成角的余弦值为() A.B.C.D.例4.如图所示,ABCD-A1B1C1D1是正方体,则直线BA1与平面DD1B1B所成的角是()A.90°B.60°C.45°D.30°二面角知识讲解1.二面角(1)定义:从一条直线出发的两个半平面所组成的图形叫做二面角.直线AB叫做二面角的棱,半平面α和β叫做二面角的面.(2)记法:αABβ,在α,β内,分别取点P,Q时,可记作PABQ;当棱记为l时,可记作α-lβ或PlQ.2.二面角的平面角(1)定义:在二面角αlβ的棱l上任取一点O,如图2316所示,以点O为垂足,在半平面α和β内分别作垂直于棱l的射线OA和OB,则射线OA和OB构成的∠AOB叫做二面角的平面角.(2)直二面角:平面角是直角的二面角.例题精讲二面角例1.下列说法:①两个相交平面所组成的图形叫做二面角;②二面角的平面角是从棱上一点出发,分别在两个面内作射线所成的角;③二面角的大小与其平面角的顶点在棱上的位置有关系.其中正确的个数是( )A.0B.1C.2D.3例2.在四面体ABCD中,AB=BC=CD=AD,∠BAD=∠BCD=90°,ABDC为直二面角,E是CD 的中点,则∠AED的度数为()A.45°B.30°C.60°D.90°例3.如图,AB是圆的直径,PA垂直于圆所在的平面,C是圆上一点(不同于A、B)且PA=AC,则二面角PBCA的大小为()A.60°B.30°C.45°D.15°平面与平面垂直的判定知识讲解1.平面与平面垂直的定义(1)定义:如果两个平面相交,且它们所成的二面角是直二面角,就说这两个平面互相垂直.(2)画法:记作:α⊥β.2.平面与平面垂直的判定定理文字语言图形语言符号语言一个平面过另一个平面的⇒α⊥β垂线,则这两个平面垂直例题精讲平面与平面垂直的判定例1.如图,PA垂直于矩形ABCD所在的平面,则图中与平面PCD垂直的平面是()A.平面ABCD B.平面PBCC.平面PAD D.平面PBC例2.在四棱锥P-ABCD中,已知PA⊥底面ABCD,且底面ABCD为矩形,则下列结论中错误的是()A.平面PAB⊥平面PAD B.平面PAB⊥平面PBCC.平面PBC⊥平面PCD D.平面PCD⊥平面PAD例3.'如图,在底面为直角梯形的四棱锥PABCD中,AD∥BC,∠ABC=90°,PA⊥平面ABCD,AC∩BD=E,AD=2,AB=2,BC=6.求证:平面PBD⊥平面PAC.'例4.'如图所示,四边形ABCD是平行四边形,直线SC⊥平面ABCD,E是SA的中点,求证:平面EDB⊥平面ABCD.'线面、面面垂直的综合应用知识讲解1.直线与平面垂直直线与平面垂直:如果一条直线l和一个平面α内的任意一条直线都垂直,那么就说直线l和平面α互相垂直,记作l⊥α,其中l叫做平面α的垂线,平面α叫做直线l的垂面.直线与平面垂直的判定:(1)定义法:对于直线l和平面α,l⊥α⇔l垂直于α内的任一条直线.(2)判定定理1:如果两条平行直线中的一条垂直于一个平面,那么另一条也垂直于这个平面.(3)判定定理2:如果一条直线和一个平面内的两条相交直线都垂直,那么这条直线垂直于这个平面.直线与平面垂直的性质:①定理:如果两条直线同垂直于一个平面,那么这两条直线平行.符号表示为:a⊥α,b⊥α⇒a∥b②由定义可知:a⊥α,b⊂α⇒a⊥b.2.平面与平面垂直平面与平面垂直的判定:判定定理:如果一个平面经过另一个平面的一条垂线,那么这两个平面互相垂直.平面与平面垂直的性质:性质定理1:如果两个平面垂直,则在一个平面内垂直于它们交线的直线垂直于另一个平面.性质定理2:如果两个平面垂直,那么经过第一个平面内的一点垂直于第二个平面的直线在第一个平面内.性质定理3:如果两个相交平面都垂直于第三个平面,那么它们的交线垂直于第三个平面.性质定理4:三个两两垂直的平面的交线两两垂直.例题精讲线面、面面垂直的综合应用例1.如图,正方体ABCD-A1B1C1D1中,O为底面ABCD的中心,M为棱BB1的中点,则下列结论中错误的是()A.D1O∥平面A1BC1B.MO⊥平面A1BC1C.异面直线BC1与AC所成的角等于60°D.二面角M-AC-B等于90°例2.'如图2330,在三棱锥PABC中,PC⊥底面ABC,AB⊥BC,D,E分别是AB,PB的中点.(1)求证:DE∥平面PAC;(2)求证:AB⊥PB;(3)若PC=BC,求二面角PABC的大小.'如图多面体中,正方形ADEF所在的平面与直角梯形ABCD所在的平面垂直,且AD=AB=CD=2,AB∥CD,M为CE的中点.(1)证明:BM∥平面ADEF;(2)证明:平面BCE⊥平面BDE.'线面垂直性质定理的应用知识讲解1.直线与平面垂直的性质定理文字语言垂直于同一个平面的两条直线平行符号语言⇒a∥b图形语言例题精讲线面垂直性质定理的应用△ABC所在的平面为α,直线l⊥AB,l⊥AC,直线m⊥BC,m⊥AC,则直线l,m的位置关系是()A.相交B.异面C.平行D.不确定例2.设m,n是两条不同的直线,α,β是两个不同的平面.下列命题中正确的是()A.若α⊥β,m⊂α,n⊂β,则m⊥nB.若α∥β,m⊂α,n⊂β,则m∥nC.若m⊥n,m⊂α,n⊂β,则α⊥βD.若m⊥α,m∥n,n∥β,则α⊥β例3.已知平面α、β和直线m、l,则下列命题中正确的是()A.若α⊥β,α∩β=m,l⊥m,则l⊥βB.若α∩β=m,l⊂α,l⊥m,则l⊥βC.若α⊥β,l⊂α,则l⊥βD.若α⊥β,α∩β=m,l⊂α,l⊥m,则l⊥β例4.如图,PA⊥矩形ABCD,下列结论中不正确的是()A.PD⊥BD B.PD⊥CD C.PB⊥BC D.PA⊥BD 面面垂直性质定理的应用知识讲解1.平面与平面垂直的性质定理两个平面垂直,则一个平面内垂直于交线的直线与另一个平面垂文字语言直.符号语言⇒a⊥β图形语言例题精讲面面垂直性质定理的应用例1.如图所示,三棱锥PABC的底面在平面α内,且AC⊥PC,平面PAC⊥平面PBC,点P,A,B 是定点,则动点C的轨迹是()A.一条线段B.一条直线C.一个圆D.一个圆,但要去掉两个点例2.已知平面α,β,γ,直线l,m满足:α⊥γ,γ∩α=m,γ∩β=l,l⊥m,那么可推出的结论有________.(请将你认为正确的结论的序号都填上)①m⊥β;②l⊥α;③β⊥γ;④α⊥β.例3.'如图,三棱锥PABC中,已知△ABC是等腰直角三角形,∠ABC=90°,△PAC是直角三角形,∠PAC=90°,平面PAC⊥平面ABC.求证:平面PAB⊥平面PBC.'例4.'如图,四面体P-ABC中,PA=PB=,平面PAB⊥平面ABC,∠ABC=90°,AC=8,BC =6,求PC的长度.'垂直关系的综合应用知识讲解1.证明或判定线面垂直的常用方法(1)线面垂直的判定定理;(2)面面垂直的性质定理;(3)若a∥b,a⊥α,则b⊥α(a、b为直线,α为平面);(4)若a⊥α,α∥β,则a⊥β(a为直线,α,β为平面).2.两平面垂直的性质定理告诉我们要将面面垂直转化为线面垂直,方法是在其中一个面内作(找)与交线垂直的直线.例题精讲垂直关系的综合应用例1.'如图,△ABC是边长为2的正三角形.若AE=1,AE⊥平面ABC,平面BCD⊥平面ABC,BD =CD,且BD⊥CD.(1)求证:AE∥平面BCD;(2)求证:平面BDE⊥平面CDE.'例2.'如图所示,在三棱锥P-ABC中,PA=BC=3,PC=AB=5,AC=4,PB=.(1)求证:PA⊥平面ABC;(2)过C作CF⊥PB交PB于F,在线段AB上找一点E,使得PB⊥平面CEF.'例3.如图所示,平面四边形ABCD中,AB=AD=CD=1,BD=,BD⊥CD,将其沿对角线BD 折成四面体A-BCD,使平面ABD⊥平面BCD,则下列说法中不正确的是()A.平面ACD⊥平面ABD B.AB⊥CDC.平面ABC⊥平面ACD D.AB∥平面ABC备选题库知识讲解本题库作为知识点“空间中的垂直关系”的题目补充.例题精讲备选题库例1.在正方体ABCD-A1B1C1D1中,E为AD1的中点,F为BD的中点,则()A.EF∥C1D1B.EF⊥AD1C.EF∥平面BCC1B1D.EF⊥平面AB1C1D例2.正方体ABCD-A1B1C1D1中与AD1垂直的平面是()A.平面DD1C1C B.平面A1DBC.平面A1B1C1D1D.平面A1DB1例3.如图,四边形ABCD中,AB=AD=CD=1,BD=,BD⊥CD.将四边形ABCD沿对角线BD折成四面体A′-BCD,使平面A′BD⊥平面BCD,则下列结论正确的是()A.A′C⊥BDB.∠BA′C=90°C.CA′与平面A′BD所成的角为30°D.四面体A′-BCD的体积为例4.如图所示,在斜三棱柱ABC-A1B1C1中,∠BAC=90°,BC1⊥AC,则C1在面ABC上的射影H 必在()A.直线AB上B.直线BC上C.直线CA上D.△ABC内部当堂练习单选题练习1.已知α、β为两个不同平面,l为直线且l⊥β,则“α⊥β”是“l∥α”()A.充分不必要条件B.必要不充分条件C.充要条件D.既不充分也不必要条件练习2.如图,在正方形ABCD中,E、F分别是BC、CD的中点,G是EF的中点,现在沿AE、AF及EF把这个正方形折成一个空间图形,使B、C、D三点重合,重合后的点记为H,那么,在这个空间图形中必有()A.AG⊥△EFH所在平面B.AH⊥△EFH所在平面C.HF⊥△AEF所在平面D.HG⊥△AEF所在平面练习3.如图所示,在斜三棱柱ABC-A1B1C1中,∠BAC=90°,BC1⊥AC,则C1在面ABC上的射影H 必在()A.直线AB上B.直线BC上C.直线CA上D.△ABC内部阅读下面题目及其证明过程,在横线处应填写的正确结论是()如图,四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是正方形,O是正方形ABCD的中心,PO⊥底面ABCD,E是PC的中点,求证:平面PAC⊥平面BDE.证明:因为PO⊥底面ABCD,所以PO⊥BD.又因为AC⊥BD,且AC∩PO=O,所以__________.又因为BD⊂平面BDE,所以平面PAC⊥平面BDE.A.BD⊥平面PBC B.AC⊥平面PBDC.BD⊥平面PAC D.AC⊥平面BDE填空题练习1.在平面几何中,有真命题:如果一个角的两边和另一个角的两边分别垂直,则这两个角相等或互补.某同学将此结论类比到立体几何中,得一结论:如果一个二面角的两个面和另一个二面角的两个面分别垂直,那么这两个二面角相等或互补.你认为这个结论________.(填“正确”或“错误”)如图所示,在四棱锥P-ABCD中,PA⊥底面ABCD,且底面各边都相等,M是PC上一动点.当点M满足________时,平面MBD⊥平面PCD.(只要填写一个你认为正确的条件即可)练习3.如图,在三棱锥PABC中,PA⊥底面ABC,∠BAC=90°,F是AC的中点,E是PC上的点,且EF⊥BC,则=________.解答题练习1.'如图,底面ABCD是边长为3的正方形,DE⊥平面ABCD,CF∥DE,DE=3CF,BE与平面ABCD所成的角为45°.(1)求证:平面ACE⊥平面BDE;(2)求二面角F-BE-D的余弦值.'练习2.'如图,在直三棱柱ABC-A1B1C1中,AA1=AC,且BC1⊥A1C,点D是棱A1C1的中点.(1)求证:平面ABC1⊥平面A1ACC1;(2)在线段BB1上是否存在点E,使DE∥平面ABC1,请说明理由.'练习3.'已知在直角梯形ABC′D中,∠A=∠B=90°,AD=AB=1,BC′=2,将△C′BD沿BD折起至△CBD,使二面角C-BD-A为直角.(1)求证:平面ADC⊥平面ABC;(2)若点M满足=λ,λ∈[0,1],当二面角M-BD-C为45°时,求λ的值.'。

2024届高考数学专项立体几何大题含答案

2024届高考数学专项立体几何大题含答案

立体几何大题1.空间中的平行关系(1)线线平行(2)线面平行的判定定理:平面外一直线与平面内一直线平行,则线面平行(3)线面平行的性质定理若线面平行,经过直线的平面与该平面相交,则直线与交线平行(4)面面平行的判定定理判定定理1:一个平面内有两条相交直线分别平行于另一个平面,则面面平行判定定理2:一个平面内有两条相交直线分别于另一个平面内两条相交直线平行,则面面平行(5)面面平行的性质定理性质定理1:两平面互相平行,一个平面内任意一条直线平行于另一个平面性质定理2:两平面互相平行,一平面与两平面相交,则交线互相平行6.空间中的垂直关系(1)线线垂直(2)线面垂直的判定定理一直线与平面内两条相交直线垂直,则线面垂直(3)线面垂直的性质定理性质定理1:一直线与平面垂直,则这条直线垂直于平面内的任意一条直线性质定理2:垂直于同一个平面的两条直线平行(4)面面垂直的判定定理一个平面内有一条直线垂直于另一个平面,则两个平面垂直(或:一个平面经过另一个平面的垂线,则面面垂直)(5)面面垂直的性质定理两平面垂直,其中一个平面内有一条直线与交线垂直,则这条直线垂直于另一个平面6.异面直线所成角cos θ=cos a ,b =|a ⋅b ||a |⋅|b |=|x 1x 2+y 1y 2+z 1z 2|x 12+y 12+z 12⋅x 22+y 22+z 22(其中θ(0°<θ≤90°)为异面直线a ,b 所成角,a ,b 分别表示异面直线a ,b 的方向向量)7.直线AB 与平面所成角,sin β=AB ⋅m |AB ||m |(m 为平面α的法向量).8.二面角α-l -β的平面角cos θ=m ⋅n |m ||n |(m ,n 为平面α,β的法向量).9.点B 到平面α的距离d =|AB ⋅n | (n 为平面α的法向量,AB 是经过面α的一条斜线,A ∈α).2024届高考数学专项立体几何大题含答案模拟训练一、解答题1(22·23下·湖南·二模)如图,在直三棱柱ABC -A B C 中,∠ABC =120°,AB =BC =2,AC =BB ,点D 为棱BB 的中点,AE =13AC .(1)求DE 的长度;(2)求平面CDE 与平面BDE 夹角的余弦值.2(22·23下·绍兴·二模)如图,在多面体ABCDE 中,DE ⊥平面BCD ,△ABC 为正三角形,△BCD 为等腰Rt △,∠BDC =90°,AB =2,DE =2.(1)求证:AE ⊥BC ;(2)若AE ⎳平面BCD ,求直线BE 与平面ABC 所成的线面角的正弦值.3(22·23·张家口·三模)如图,在三棱柱ABC-A1B1C1中,侧面BB1C1C为菱形,∠CBB1=60°,AB= BC=2,AC=AB1=2.(1)证明:平面ACB1⊥平面BB1C1C;(2)求平面ACC1A1与平面A1B1C1夹角的余弦值.4(22·23·湛江·二模)如图1,在五边形ABCDE中,四边形ABCE为正方形,CD⊥DE,CD=DE,如图2,将△ABE沿BE折起,使得A至A1处,且A1B⊥A1D.(1)证明:DE⊥平面A1BE;(2)求二面角C-A1E-D的余弦值.5(22·23下·长沙·三模)如图,在多面体ABCDE 中,平面ACD ⊥平面ABC ,BE ⊥平面ABC ,△ABC 和△ACD 均为正三角形,AC =4,BE =3,点F 在AC 上.(1)若BF ⎳平面CDE ,求CF ;(2)若F 是AC 的中点,求二面角F -DE -C 的正弦值.6(22·23下·湖北·二模)如图,S 为圆锥的顶点,O 是圆锥底面的圆心,△ABC 内接于⊙O ,AC ⊥BC ,AC =BC =322,AM =2MS ,AS =3,PQ 为⊙O 的一条弦,且SB ⎳平面PMQ .(1)求PQ 的最小值;(2)若SA ⊥PQ ,求直线PQ 与平面BCM 所成角的正弦值.7(22·23·深圳·二模)如图,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD为矩形,PA⊥平面ABCD,PA= AD=2AB,点M是PD的中点.(1)证明:AM⊥PC;(2)设AC的中点为O,点N在棱PC上(异于点P,C),且ON=OA,求直线AN与平面ACM所成角的正弦值.8(22·23下·温州·二模)已知三棱锥D-ABC中,△BCD是边长为3的正三角形,AB=AC=AD, AD与平面BCD所成角的余弦值为33.(1)求证:AD⊥BC;(2)求二面角D-AC-B的平面角的正弦值.9(22·23下·浙江·二模)如图,四面体ABCD,AD⊥CD,AD=CD,AC=2,AB=3,∠CAB=60°,E为AB上的点,且AC⊥DE,DE与平面ABC所成角为30°,(1)求三棱锥D-BCE的体积;(2)求二面角B-CD-E的余弦值.10(22·23下·襄阳·三模)如图,在三棱柱ABC-A1B1C1中,侧面BB1C1C为矩形,∠BAC=90°,AB= AC=2,AA1=4,A1在底面ABC的射影为BC的中点N,M为B1C1的中点.(1)求证:平面A1MNA⊥平面A1BC;(2)求平面A1B1BA与平面BB1C1C夹角的余弦值.11(22·23·唐山·二模)如图,在三棱柱ABC-A1B1C1中,△ABC是等边三角形,侧面ACC1A1⊥底面ABC,且AA1=AC,∠AA1C1=120°,M是CC1的中点.(1)证明:A1C⊥BM.(2)求二面角A1-BC-M的正弦值.12(22·23下·盐城·三模)如图,该几何体是由等高的半个圆柱和14个圆柱拼接而成,点G为弧CD的中点,且C,E,D,G四点共面.(1)证明:平面BDF⊥平面BCG;(2)若平面BDF与平面ABG所成二面角的余弦值为155,且线段AB长度为2,求点G到直线DF的距离.13(22·23下·江苏·三模)如图,圆锥DO中,AE为底面圆O的直径,AE=AD,△ABC为底面圆O的内接正三角形,圆锥的高DO=18,点P为线段DO上一个动点.(1)当PO=36时,证明:PA⊥平面PBC;(2)当P点在什么位置时,直线PE和平面PBC所成角的正弦值最大.14(22·23下·镇江·三模)如图,四边形ABCD是边长为2的菱形,∠ABC=60°,四边形PACQ为矩形,PA=1,从下列三个条件中任选一个作为已知条件,并解答问题(如果选择多个条件分别解答,按第一个解答计分).①BP,DP与平面ABCD所成角相等;②三棱锥P-ABD体积为33;③cos∠BPA=55(1)平面PACQ⊥平面ABCD;(2)求二面角B-PQ-D的大小;(3)求点C到平面BPQ的距离.15(22·23下·江苏·一模)在三棱柱ABC -A 1B 1C 1中,平面A 1B 1BA ⊥平面ABC ,侧面A 1B 1BA 为菱形,∠ABB 1=π3,AB 1⊥AC ,AB =AC =2,E 是AC 的中点.(1)求证:A 1B ⊥平面AB 1C ;(2)点P 在线段A 1E 上(异于点A 1,E ),AP 与平面A 1BE 所成角为π4,求EP EA 1的值.16(22·23下·河北·三模)如图,四棱锥P -ABCD 的底面ABCD 是菱形,其对角线AC ,BD 交于点O ,且PO ⊥平面ABCD ,OC =1,OD =OP =2,M 是PD 的中点,N 是线段CD 上一动点.(1)当平面OMN ⎳平面PBC 时,试确定点N 的位置,并说明理由;(2)在(1)的前提下,点Q 在直线MN 上,以PQ 为直径的球的表面积为214π.以O 为原点,OC ,OD ,OP 的方向分别为x 轴、y 轴、z 轴的正方向建立空间直角坐标系O -xyz ,求点Q 的坐标.17(22·23·汕头·三模)如图,圆台O1O2的轴截面为等腰梯形A1ACC1,AC=2AA1=2A1C1=4,B为底面圆周上异于A,C的点.(1)在平面BCC1内,过C1作一条直线与平面A1AB平行,并说明理由;(2)若四棱锥B-A1ACC1的体积为23,设平面A1AB∩平面C1CB=l,Q∈l,求CQ的最小值.18(19·20下·临沂·二模)如图①,在Rt△ABC中,B为直角,AB=BC=6,EF∥BC,AE=2,沿EF将△AEF折起,使∠AEB=π3,得到如图②的几何体,点D在线段AC上.(1)求证:平面AEF⊥平面ABC;(2)若AE⎳平面BDF,求直线AF与平面BDF所成角的正弦值.19(22·23下·广州·三模)如图,四棱锥P-ABCD的底面为正方形,AB=AP=2,PA⊥平面ABCD,E,F分别是线段PB,PD的中点,G是线段PC上的一点.(1)求证:平面EFG⊥平面PAC;(2)若直线AG与平面AEF所成角的正弦值为13,且G点不是线段PC的中点,求三棱锥E-ABG体积.20(22·23下·长沙·一模)斜三棱柱ABC-A1B1C1的各棱长都为2,∠A1AB=60°,点A1在下底面ABC 的投影为AB的中点O.(1)在棱BB1(含端点)上是否存在一点D使A1D⊥AC1若存在,求出BD的长;若不存在,请说明理由;(2)求点A1到平面BCC1B1的距离.21(22·23下·长沙·三模)如图,三棱台ABC -A 1B 1C 1,AB ⊥BC ,AC ⊥BB 1,平面ABB 1A 1⊥平面ABC ,AB =6,BC =4,BB 1=2,AC 1与A 1C 相交于点D ,AE =2EB,且DE ∥平面BCC 1B 1.(1)求三棱锥C -A 1B 1C 1的体积;(2)平面A 1B 1C 与平面ABC 所成角为α,CC 1与平面A 1B 1C 所成角为β,求证:α+β=π4.22(22·23·衡水·一模)如图所示,A ,B ,C ,D 四点共面,其中∠BAD =∠ADC =90°,AB =12AD ,点P ,Q 在平面ABCD 的同侧,且PA ⊥平面ABCD ,CQ ⊥平面ABCD .(1)若直线l ⊂平面PAB ,求证:l ⎳平面CDQ ;(2)若PQ ⎳AC ,∠ABP =∠DAC =45°,平面BPQ ∩平面CDQ =m ,求锐二面角B -m -C 的余弦值.23(22·23下·湖北·三模)已知平行六面体(底面是平行四边形的四棱柱)ABCD-A1B1C1D1的各条棱长均为2,且有∠AA1D1=∠AA1B1=∠D1A1B1=60°.(1)求证:平面AA1C1C⊥平面A1B1C1D1;(2)求直线B1D与平面AA1C1C所成角的正弦值.24(22·23下·武汉·三模)如图,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD为正方形,PA⊥平面ABCD,PA=AB=2,E为线段PB的中点,F为线段BC上的动点.(1)求证:平面AEF⊥平面PBC;(2)求平面AEF与平面PDC夹角的最小值.25(22·23下·黄冈·三模)如图1,在四边形ABCD中,BC⊥CD,AE∥CD,AE=BE=2CD=2,CE =3.将四边形AECD沿AE折起,使得BC=3,得到如图2所示的几何体.(1)若G为AB的中点,证明:DG⊥平面ABE;(2)若F为BE上一动点,且二面角B-AD-F的余弦值为63,求EFEB的值.26(22·23·德州·三模)图1是直角梯形ABCD,AB⎳CD,∠D=90°,AD=3,AB=2,CD=3,四边形ABCE为平行四边形,以BE为折痕将△BCE折起,使点C到达C1的位置,且AC1=6,如图2.(1)求证:平面BC1E⊥平面ABED;(2)在线段BE上存在点P使得PA与平面ABC1的正弦值为365,求平面BAC1与PAC1所成角的余弦值.27(22·23·山东·二模)如图,在四棱锥P-ABCD中,PA⊥平面ABCD,AB⎳CD,AB⊥BC,PA =AB=BC=2,CD=4.(1)证明:AD⊥PC;(2)若M为线段PB的靠近B点的四等分点,判断直线AM与平面PDC是否相交?如果相交,求出P到交点H的距离,如果不相交,说明理由.28(22·23·黄山·三模)如图,在直角梯形ABCD中,AD⎳BC,AD⊥CD,四边形CDEF为平行四边形,对角线CE和DF相交于点H,平面CDEF⊥平面ABCD,BC=2AD,∠DCF=60°,G是线段BE上一动点(不含端点).(1)当点G为线段BE的中点时,证明:AG⎳平面CDEF;(2)若AD=1,CD=DE=2,且直线DG与平面CDEF成45°角,求二面角E-DG-F的正弦值.29(22·23·菏泽·三模)已知在直三棱柱ABC-A1B1C1中,其中AA1=2AC=4,AB=BC,F为BB1的中点,点E是CC1上靠近C1的四等分点,A1F与底面ABC所成角的余弦值为2 2.(1)求证:平面AFC⊥平面A1EF;(2)在线段A1F上是否存在一点N,使得平面AFC与平面NB1C1所成的锐二面角的余弦值为277,若存在,确定点N的位置,若不存在,请说明理由.30(22·23·福州·三模)如图,在三棱锥P-ABC中,PA⊥底面ABC,PA=2,AB=AC=1,将△PAB绕着PA逆时针旋转π3到△PAD的位置,得到如图所示的组合体,M为PD的中点.(1)当∠BAC为何值时,该组合体的体积最大,并求出最大值;(2)当PC⎳平面MAB时,求直线PC与平面PBD所成角的正弦值.31(22·23·福州·二模)如图1,在△ABC 中,AB =AC =2,∠BAC =2π3,E 为BC 的中点,F 为AB 上一点,且EF ⊥AB .将△BEF 沿EF 翻折到△B EF 的位置,如图2.(1)当AB =2时,证明:平面B AE ⊥平面ABC ;(2)已知二面角B -EF -A 的大小为π4,棱AC 上是否存在点M ,使得直线B E 与平面B MF 所成角的正弦值为1010?若存在,确定M 的位置;若不存在,请说明理由.32(22·23·三明·三模)如图,平面五边形ABCDE 由等边三角形ADE 与直角梯形ABCD 组成,其中AD ∥BC ,AD ⊥DC ,AD =2BC =2,CD =3,将△ADE 沿AD 折起,使点E 到达点M 的位置,且BM =a .(1)当a =6时,证明AD ⊥BM 并求四棱锥M -ABCD 的体积;(2)已知点P 为棱CM 上靠近点C 的三等分点,当a =3时,求平面PBD 与平面ABCD 夹角的余弦值.33(22·23·宁德·一模)如图①在平行四边形ABCD 中,AE ⊥DC ,AD =4,AB =3,∠ADE =60°,将△ADE 沿AE 折起,使平面ADE ⊥平面ABCE ,得到图②所示几何体.(1)若M 为BD 的中点,求四棱锥M -ABCE 的体积V M -ABCE ;(2)在线段DB 上,是否存在一点M ,使得平面MAC 与平面ABCE 所成锐二面角的余弦值为235,如果存在,求出DMDB的值,如果不存在,说明理由.34(22·23·龙岩·二模)三棱柱ABC -A 1B 1C 1中,AB ⊥AC ,AB =AC =2,侧面A 1ACC 1为矩形,∠A 1AB =2π3,三棱锥C 1-ABC 的体积为233.(1)求侧棱AA 1的长;(2)侧棱CC 1上是否存在点E ,使得直线AE 与平面A 1BC 所成角的正弦值为55?若存在,求出线段C 1E 的长;若不存在,请说明理由.35(22·23下·浙江·二模)如图,在多面体ABC-A1B1C1中,AA1⎳BB1⎳CC1,AA1⊥平面A1B1C1,△A1B1C1为等边三角形,A1B1=BB1=2,AA1=3,CC1=1,点M是AC的中点.(1)若点G是△A1B1C1的重心,证明;点G在平面BB1M内;(2)求二面角B1-BM-C1的正弦值.36(22·23下·浙江·三模)如图,三棱台ABC-A1B1C1中,A1C1=4,AC=6,D为线段AC上靠近C的三等分点.(1)线段BC上是否存在点E,使得A1B⎳平面C1DE,若不存在,请说明理由;若存在,请求出BEBC的值;(2)若A1A=AB=4,∠A1AC=∠BAC=π3,点A1到平面ABC的距离为3,且点A1在底面ABC的射影落在△ABC内部,求直线B1D与平面ACC1A1所成角的正弦值.37(22·23下·苏州·三模)如图,在三棱锥P-ABC中,△ABC是边长为62的等边三角形,且PA= PB=PC=6,PD⊥平面ABC,垂足为D,DE⊥平面PAB,垂足为E,连接PE并延长交AB于点G.(1)求二面角P-AB-C的余弦值;(2)在平面PAC内找一点F,使得EF⊥平面PAC,说明作法及理由,并求四面体PDEF的体积.38(22·23·沧州·三模)如图,该几何体是由等高的半个圆柱和14个圆柱拼接而成.C,E,D,G在同一平面内,且CG=DG.(1)证明:平面BFD⊥平面BCG;(2)若直线GC与平面ABG所成角的正弦值为105,求平面BFD与平面ABG所成角的余弦值.39(23·24上·永州·一模)如图所示,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD为矩形,侧面PAD为正三角形,且AD=2AB=4,M、N分别为PD、BC的中点,H在线段PC上,且PC=3PH.(1)求证:MN⎳平面PAB;(2)当AM⊥PC时,求平面AMN与平面HMN的夹角的余弦值.40(22·23·潍坊·三模)如图,P为圆锥的顶点,O是圆锥底面的圆心,AC为底面直径,△ABD为底面圆O的内接正三角形,且边长为3,点E在母线PC上,且AE=3,CE=1.(1)求证:PO∥平面BDE;(2)求证:平面BED⊥平面ABD(3)若点M为线段PO上的动点.当直线DM与平面ABE所成角的正弦值最大时,求此时点M到平面ABE的距离.立体几何大题1.空间中的平行关系(1)线线平行(2)线面平行的判定定理:平面外一直线与平面内一直线平行,则线面平行(3)线面平行的性质定理若线面平行,经过直线的平面与该平面相交,则直线与交线平行(4)面面平行的判定定理判定定理1:一个平面内有两条相交直线分别平行于另一个平面,则面面平行判定定理2:一个平面内有两条相交直线分别于另一个平面内两条相交直线平行,则面面平行(5)面面平行的性质定理性质定理1:两平面互相平行,一个平面内任意一条直线平行于另一个平面性质定理2:两平面互相平行,一平面与两平面相交,则交线互相平行6.空间中的垂直关系(1)线线垂直(2)线面垂直的判定定理一直线与平面内两条相交直线垂直,则线面垂直(3)线面垂直的性质定理性质定理1:一直线与平面垂直,则这条直线垂直于平面内的任意一条直线性质定理2:垂直于同一个平面的两条直线平行(4)面面垂直的判定定理一个平面内有一条直线垂直于另一个平面,则两个平面垂直(或:一个平面经过另一个平面的垂线,则面面垂直)(5)面面垂直的性质定理两平面垂直,其中一个平面内有一条直线与交线垂直,则这条直线垂直于另一个平面6.异面直线所成角cos θ=cos a ,b =|a ⋅b ||a |⋅|b |=|x 1x 2+y 1y 2+z 1z 2|x 12+y 12+z 12⋅x 22+y 22+z 22(其中θ(0°<θ≤90°)为异面直线a ,b 所成角,a ,b 分别表示异面直线a ,b 的方向向量)7.直线AB 与平面所成角,sin β=AB ⋅m |AB ||m |(m 为平面α的法向量).8.二面角α-l -β的平面角cos θ=m ⋅n |m ||n |(m ,n 为平面α,β的法向量).9.点B 到平面α的距离d =|AB ⋅n | (n 为平面α的法向量,AB 是经过面α的一条斜线,A ∈α).模拟训练一、解答题1(22·23下·湖南·二模)如图,在直三棱柱ABC -A B C 中,∠ABC =120°,AB =BC =2,AC =BB ,点D 为棱BB 的中点,AE =13AC .(1)求DE 的长度;(2)求平面CDE 与平面BDE 夹角的余弦值.【答案】(1)393(2)34【分析】(1)在△ABC 中,用余弦定理可得到AC =23,在△ABE 中,用余弦定理可得BE =233,即可求得DE =DB 2+BE 2=393;(2)以B 为原点,分别以BE ,BC ,BB 所在的直线为x ,y ,z 轴建立空间直角坐标系,求出平面CDE 与平面BDE 的法向量,即可求解【详解】(1)因为在直三棱柱ABC -A B C 中,∠ABC =120°,AB =BC =2,在△ABC 中,由余弦定理得cos ∠ABC =AB 2+BC 2-AC 22AB ⋅BC=22+22-AC 22×2×2=-12,解得AC =23,则AE =13AC =233,在△ABE 中,由余弦定理得cos ∠BAE =AB 2+AE 2-BE 22AB ⋅AE =22+233 2-BE 22×2×233=32,解得BE =233,又AC =BB =23,所以BD =12BB =3,因为BB ⊥平面ABC ,BE ⊂平面ABC ,所以BB ⊥BE ,在直角三角形DBE 中,DE =DB 2+BE 2=(3)2+233 2=393;(2)因为AE =BE =233,所以∠ABE =∠BAE =30°,则∠CBE =∠ABC -∠ABE =120°-30°=90°,则BE ,BC ,BB 两两互相垂直,以B 为原点,分别以BE ,BC ,BB 所在的直线为x ,y ,z 轴建立如下图所示的空间直角坐标系:设平面CDE 的法向量为n =x ,y ,z ,由n ⋅CD =x ,y ,z ⋅0,-2,3 =-2y +3z =0n ⋅CE =x ,y ,z ⋅233,-2,0 =233x -2y =0 ,得z =233y x =3y,令y =3,得平面CDE 的一个法向量为n =3,3,2 ;平面BDE 的一个法向量为m =0,1,0 .设平面CDE 与平面BDE 夹角的大小为θ,则cos θ=m ⋅n m n =0,1,0 ⋅3,3,2 1×4=34,故平面CDE 与平面BDE 夹角的余弦值为34.2(22·23下·绍兴·二模)如图,在多面体ABCDE 中,DE ⊥平面BCD ,△ABC 为正三角形,△BCD 为等腰Rt △,∠BDC =90°,AB =2,DE =2.(1)求证:AE ⊥BC ;(2)若AE ⎳平面BCD ,求直线BE 与平面ABC 所成的线面角的正弦值.【答案】(1)证明见解析(2)63【分析】(1)由线面垂直的性质定理和判定定理即可证明;(2)法一:由分析可知,∠EBH 就是直线BE 与平面ABC 所成的线面角,设∠AFD =α,当α<90°时,O 与D 重合,可得A ,E 两点重合,不符合题意,当α>90°时,求出EH ,BE ,即可得出答案;法二:建立空间直角坐标系,求出直线BE 的方向向量与平面ABC 的法向量,由线面角的向量公式代入即可得出答案.【详解】(1)设F 为BC 中点,连接AF ,EF ,则由△ABC 为正三角形,得AF ⊥BC ;DE ⊥平面BCD ,且△BCD 为等腰直角三角形,计算可得:BE =CE =2,∴EF ⊥BC .EF ∩AF =F ,EF ,AF ⊂面AEF ,于是BC ⊥面AEF ,AE ⊂面AEF ,从而BC ⊥AE .(2)法一:由(1)可知,过点E 作EH ⊥AF ,垂足为H ,则∠EBH 就是直线BE 与平面ABC 所成的线面角.当AE ⎳平面BCD 时,可得A 到平面BCD 的距离为 2.设∠AFD =α,所以AF ⋅sin α=2,可得sin α=63,当α<90°时,cos α=33,不妨设A 在底面BCD 射影为O ,则FO =1,此时O 与D 重合,可得A ,E 两点重合,不符合题意,舍去;当α>90°时,FO =1,此时O 在DF 的延长线上,作EH ⊥AF ,由于AODE 为矩形,可得AE =DO =2,AE ∥OD ,可得sin ∠EAH =63,可得EH =263.于是sin ∠EBH =EH BE=63.法二:建立如图坐标系,可得F 0,0,0 ,B 1,0,0 ,C -1,0,0 ,D 0,1,0 ,E 0,1,2 ,A 0,a ,b由AF =3,解得a 2+b 2=3,又∵AE ⎳平面BCD ,令n =0,0,1 ,可得AB ⋅n =0,解得b =2,a =±1.当a =1时A ,E 重合,所以a =-1,此时A 0,-1,2 .不妨设平面ABC 的法向量为m =x ,y ,z ,则CB ⋅m =0CA ⋅m =0代入得x -y +2z =02x =0 ,令z =1,则y =2,所以m =0,2,1 .由于BE =-1,1,2 ,不妨设所成角为θ,则sin θ=∣cos BE ,m |=63.3(22·23·张家口·三模)如图,在三棱柱ABC -A 1B 1C 1中,侧面BB 1C 1C 为菱形,∠CBB 1=60°,AB =BC =2,AC =AB 1=2.(1)证明:平面ACB 1⊥平面BB 1C 1C ;(2)求平面ACC 1A 1与平面A 1B 1C 1夹角的余弦值.【答案】(1)证明见解析;(2)57.【分析】(1)利用面面垂直的判定定理进行证明;(2)利用垂直关系建立空间直角坐标系,用向量法进行求解.【详解】(1)如图,连接BC 1,交B 1C 于O ,连接AO .因为侧面BB 1C 1C 为菱形,所以B 1C ⊥BC 1,且O 为BC 1的中点.又AC =AB 1=2,故AO ⊥B 1C .又AB =BC =2,且∠CBB 1=60°,所以CO =1,BO =3,所以AO =AC 2-CO 2=1.又AB =2,所以AB 2=BO 2+AO 2,所以AO ⊥BO .因为BO ,CB 1⊂平面BB 1C 1C ,BO ∩CB 1=O ,所以AO ⊥平面BB 1C 1C .又AO ⊂平面ACB 1,所以平面ACB 1⊥平面BB 1C 1C .(2)由(1)知,OA ,OB ,OB 1两两互相垂直,因此以O 为坐标原点,OB ,OB 1,OA 所在直线分别为x 轴,y 轴,z 轴,建立如图所示的空间直角坐标系O -xyz ,则A (0,0,1),B (3,0,0),C (0,-1,0),C 1(-3,0,0).故CC 1 =(-3,1,0),CA =(0,1,1),CB =(3,1,0).设n =(x 1,y 1,z 1)为平面ACC 1A 1的一个法向量,则有n ⋅CC 1 =0n ⋅CA =0 ,即-3x 1+y 1=0y 1+z 1=0 ,令x 1=1,则n =(1,3,-3).设m =(x 2,y 2,z 2)为平面ABC 的一个法向量,则有m ⋅CA =0m ⋅CB =0,即y 2+z 2=03x 2+y 2=0 ,令x 2=1,则m =(1,-3,3).因为平面A 1B 1C 1∥平面ABC ,所以m =(1,-3,3)也是平面A 1B 1C 1的一个法向量.所以cos <n ,m > =n ⋅m n m=1-3-3 7×7=57.所以平面ACC 1A 1与平面A 1B 1C 1夹角的余弦值57. 4(22·23·湛江·二模)如图1,在五边形ABCDE 中,四边形ABCE 为正方形,CD ⊥DE ,CD =DE ,如图2,将△ABE 沿BE 折起,使得A 至A 1处,且A 1B ⊥A 1D .(1)证明:DE ⊥平面A 1BE ;(2)求二面角C -A 1E -D 的余弦值.【答案】(1)证明见解析(2)63【分析】(1)由已知易得DE ⊥BE ,即可证明线面垂直;(2)建立空间直角坐标系,用坐标公式法求解即可.【详解】(1)由题意得∠BEC =∠CED =π4,∠BED =π2,DE ⊥BE ,又A 1B ⊥A 1D ,A 1E ∩A 1D =A 1,A 1E ,A 1D ⊂面A 1ED ,所以A 1B ⊥面A 1ED ,又DE ⊂面A 1ED ,则DE ⊥A 1B ,又DE ⊥BE ,A 1B ∩BE =B ,A 1B ⊂平面A 1BE ,BE ⊂平面A 1BE ,所以DE ⊥平面A 1BE .(2)取BE 的中点O ,可知BE =2CD ,OE =CD ,由DE ⊥BE ,且CD ⊥DE 可得OE ⎳CD ,所以四边形OCDE 是平行四边形,所以CO ∥DE ,则CO ⊥平面A 1BE ,设BE =2,以点O 为坐标原点,OB ,OC ,OA 1所在直线为坐标轴建立空间直角坐标系,如图,则A 1(0,0,1),E (-1,0,0),B (1,0,0),C (0,1,0),D (-1,1,0),EA 1 =(1,0,1),EC =(1,1,0),ED =(0,1,0),设平面A 1EC 的一个法向量为n 1 =(x 1,y 1,z 1),则n 1 ⋅EA 1 =0n 1 ⋅EC =0 ,即x 1+z 1=0x 1+y 1=0 ,取x 1=1,则n 1 =(1,-1,-1),设平面A 1ED 的一个法向量为n 2 =(x 2,y 2,z 2),则n 2 ⋅E 1A =0n 2 ⋅ED =0 ,即x 2+z 2=0y 2=0 ,取x 2=1,则n 2 =(1,0,-1),所以cos n 1 ,n 2 =n 1 ⋅n 2 n 1 n 2=63,由图可知,二面角C -A 1E -D 为锐角,所以面角C -A 1E -D 的余弦值为63.5(22·23下·长沙·三模)如图,在多面体ABCDE 中,平面ACD ⊥平面ABC ,BE ⊥平面ABC ,△ABC 和△ACD 均为正三角形,AC =4,BE =3,点F 在AC 上.(1)若BF ⎳平面CDE ,求CF ;(2)若F 是AC 的中点,求二面角F -DE -C 的正弦值.【答案】(1)CF =1(2)8517【分析】(1)记AC 中点为M ,连接DM 、BM ,依题意可得DM ⊥AC ,根据面面垂直的性质得到DM ⊥平面ABC ,如图建立空间直角坐标系,求出平面CDE 的法向量,设F a ,0,0 ,a ∈2,-2 ,依题意可得BF ⋅n =0求出a 的值,即可得解;(2)依题意点F 与点M 重合,利用空间向量法计算可得.【详解】(1)记AC 中点为M ,连接DM 、BM ,△ACD 为正三角形,AC =4,则DM ⊥AC ,且DM =2 3.所以DM ⊥平面ABC ,又△ABC 为正三角形,所以BM ⊥AC ,所以BM =23,如图建立空间直角坐标系,则B 0,23,0 ,C -2,0,0 ,D 0,0,23 ,E 0,23,3 ,所以CD =2,0,23 ,CE =2,23,3 ,设平面CDE 的法向量为n =x ,y ,z ,则n ⋅CD =2x +23z =0n ⋅CE =2x +23y +3z =0,令x =3,则z =-3,y =-32,则n =3,-32,-3 ,设F a ,0,0 ,a ∈-2,2 ,则BF =a ,-23,0 ,因为BF ⎳平面CDE ,所以BF ⋅n =3a +-23 ×-32+0×-3 =0,解得a =-1,所以F 为CM 的中点,此时CF =1.(2)若F 是AC 的中点,则点F 与点M 重合,则平面FDE 的一个法向量可以为m =1,0,0 ,设二面角F -DE -C 为θ,显然二面角为锐角,则cos θ=m ⋅n m ⋅n=332+-32 2+-3 2=651,所以sin θ=1-cos 2θ=1-651 2=8517,所以二面角F -DE -C 的正弦值为8517.6(22·23下·湖北·二模)如图,S 为圆锥的顶点,O 是圆锥底面的圆心,△ABC 内接于⊙O ,AC ⊥BC ,AC =BC =322,AM =2MS ,AS =3,PQ 为⊙O 的一条弦,且SB ⎳平面PMQ .(1)求PQ 的最小值;(2)若SA ⊥PQ ,求直线PQ 与平面BCM 所成角的正弦值.【答案】(1)22(2)3010【分析】(1)作出辅助线,找到符合要求的PQ ,并利用垂径定理得到最小值;(2)在第一问基础上,得到当PQ 取得最小值时,SA ⊥PQ ,并建立空间直角坐标系,利用空间向量求解线面角.【详解】(1)过点M 作MH ⎳SB 交AB 于点H ,过点H 作PQ ⊥AB ,此时满足SB ⎳平面PMQ ,由平面几何知识易知,PQ =2r 2-d 2,当弦心距d 最大时,d =OH ,弦长最短,即PQ 取得最小值,因为AM =2MS ,AS =3,所以AH =2HB ,因为AC ⊥BC ,AC =BC =322,由勾股定理得AB =322⋅2=3,故AH =2,HB =1,连接OQ ,则OQ =32,由勾股定理得HQ =OQ 2-OH 2=94-14=2,所以PQ =2HQ =22;(2)连接OS ,则OS ⊥平面ACB ,因为PQ ⊂平面ACB ,故OS ⊥PQ ,而SA ⊥PQ ,OS ∩SA =S ,所以PQ ⊥平面AOS ,即有PQ ⊥AB .以O 为坐标原点,过点O 且平行PQ 的直线为x 轴,OB 所在直线为y 轴,OS 所在直线为z 轴,建立空间直角坐标系,则P -2,12,0 ,Q 2,12,0 ,B 0,32,0 ,C 32,0,0 ,M 0,-12,3 ,设平面BCM 的法向量为m =x ,y ,z ,则m ⋅CB =x ,y ,z ⋅-32,32,0 =-32x +32y =0m ⋅MB =x ,y ,z ⋅0,2,-3 =2y -3z =0,令x =1,则y =1,z =233,故m =1,1,233,设直线PQ 与平面BCM 所成角的大小为θ,则sin θ=cos PQ ,m =PQ ⋅m PQ ⋅m =22,0,0 ⋅1,1,233 22×1+1+43=3010.故直线PQ与平面BCM所成角的正弦值为30 10.7(22·23·深圳·二模)如图,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD为矩形,PA⊥平面ABCD,PA= AD=2AB,点M是PD的中点.(1)证明:AM⊥PC;(2)设AC的中点为O,点N在棱PC上(异于点P,C),且ON=OA,求直线AN与平面ACM所成角的正弦值.【答案】(1)证明见解析(2)1510【分析】(1)由等腰三角形的性质可得AM⊥PD,由面面垂直的性质可得CD⊥平面PAD,则CD⊥AM,所以由线面垂直的判定可得AM⊥平面PCD,从而可得结论;(2)以AB,AD,AP所在直线分别为x,y,z轴建立空间直角坐标系,利用空间向量求解即可.【详解】(1)证明:因为PA=AD,点M是PD的中点,所以AM⊥PD.因为PA⊥平面ABCD,PA⊂平面PAD,所以平面PAD⊥平面ABCD,因为四边形ABCD为矩形,所以CD⊥AD,因为平面PAD∩平面ABCD=AD,CD⊂平面ABCD,所以CD⊥平面PAD,所以CD⊥AM,因为PD∩CD=D,PD,CD⊂平面PCD,所以AM⊥平面PCD,因为PC⊂平面PCD,所以AM⊥PC.(2)解:由题意可得AB,AD,AP两两垂直,设AB=1,如图,以AB,AD,AP所在直线分别为x,y,z轴建立空间直角坐标系,则A(0,0,0),B(1,0,0),C(1,2,0),D(0,2,0),P(0,0,2),22所以AM =0,22,22 ,AC =1,2,0 ,设平面ACM 的法向量为n =x ,y ,z ,则AM ⋅n =22y +22z =0AC ⋅n =x +2y =0,令y =-1可得x =2,z =1,所以平面ACM 的一个法向量n =2,-1,1 .PC =1,2,-2 ,设N x N ,y N ,z N ,PN =λPC =λ,2λ,-2λ (0<λ<1),即x N ,y N ,z N -2 =λ,2λ,-2λ ,所以N λ,2λ,2-2λ .又O 12,22,0 ,ON =OA =32,所以λ-12 2+2λ-22 2+(2-2λ)2=34,化简得5λ2-7λ+2=0,解得λ=25或λ=1(舍去).所以AN =25,225,325,设直线AN 与平面ACM 所成的角为θ,则sin θ=n ⋅AN n ⋅AN=3252+1+1×425+825+1825=1510,所以直线AN 与平面ACM 所成角的正弦值为1510.8(22·23下·温州·二模)已知三棱锥D -ABC 中,△BCD 是边长为3的正三角形,AB =AC =AD ,AD 与平面BCD 所成角的余弦值为33.(1)求证:AD ⊥BC ;(2)求二面角D -AC -B 的平面角的正弦值.【答案】(1)证明见解析(2)223【分析】(1)取BC 的中点E ,连接AE ,DE ,证明BC ⊥平面ADE ,即可得证;(2)取正三角形BCD 的中心O ,连接OA ,从而可得OA ⊥平面BCD ,则∠ODA 即为AD 与平面BCD 所成角的平面角,进而可得AB =AC =AD =3,取AC 中点为H ,连接DH ,BH ,则DH ⊥AC ,BH ⊥AC ,故∠BHD 即为二面角D -AC -B 的平面角,解△BDH 即可得解.【详解】(1)取BC 的中点E ,连接AE ,DE ,因为△BCD 是边长为3的正三角形,所以DE ⊥BC ,又AE ∩DE =E ,AE ,DE ⊂平面ADE ,所以BC ⊥平面ADE ,因为AD ⊂平面ADE ,所以AD ⊥BC ;(2)取正三角形BCD 的中心O ,连接OA ,则点O 在DE 上,且OD =23DE ,由AB =AC =AD ,△BCD 是正三角形,得三棱锥A -BCD 为正三棱锥,则OA ⊥平面BCD ,故∠ODA 即为AD 与平面BCD 所成角的平面角,又AD 与平面BCD 所成角的余弦值为33,所以OD AD =3×32×23AD=33,即AB =AC =AD =3,即三棱锥A -BCD 是正四面体,取AC 中点为H ,连接DH ,BH ,则DH ⊥AC ,BH ⊥AC ,故∠BHD 即为二面角D -AC -B 的平面角,在△BDH 中,BH =DH =332,BD =3,则cos ∠BHD =BH 2+DH 2-BD 22⋅BH ⋅DH =274+274-92×332×332=13,所以sin ∠BHD =1-cos 2∠BHD =223,所以二面角D -AC -B 的平面角的正弦值223.9(22·23下·浙江·二模)如图,四面体ABCD ,AD ⊥CD ,AD =CD ,AC =2,AB =3,∠CAB =60°,E 为AB 上的点,且AC ⊥DE ,DE 与平面ABC 所成角为30°,(1)求三棱锥D -BCE 的体积;(2)求二面角B -CD -E 的余弦值.【答案】(1)答案见解析;(2)答案见解析.【分析】(1)取AC 中点F ,可证明AC ⊥平面DEF ,得平面ABC ⊥平面DEF ,DE 在平面ABC 内的射影就是直线EF ,∠DEF 是DE 与平面ABC 所成的角,即∠DEF =30°,由正弦定理求得∠FDE ,有两个解,在∠FDE =60°时可证DF ⊥平面ABC ,在∠FDE =120°时,取FE 中点H 证明DH ⊥平面ABC ,然后由棱锥体积公式计算体积;(2)建立如图所示的空间直角坐标系,用空间向量法求二面角.【详解】(1)取AC 中点F ,连接FE ,FD ,因为AD =CD ,所以DF ⊥AC ,又AC ⊥DE ,DE ∩DF =D ,DE ,DF ⊂平面DEF ,所以AC ⊥平面DEF ,而FE ⊂平面DEF ,所以AC ⊥FE ,由AC ⊥平面DEF ,AC ⊂平面ABC 得平面ABC ⊥平面DEF ,因此DE 在平面ABC 内的射影就是直线EF ,所以∠DEF 是DE 与平面ABC 所成的角,即∠DEF =30°,AD =CD ,AC =2,因此DF =12AC =1,在△DEF 中,由正弦定理EF sin ∠FDE =DF sin ∠DEF 得1sin30°=3sin ∠FDE ,sin ∠FDE =32,∠FDE 为△DEF 内角,所以∠FDE =60°或120°,S △ABC =12AB ×AC ×sin ∠BAC =12×3×2×sin60°=333,S △CBE =BE BAS △ABC =3-23×332=32,若∠FDE =60°,则∠DFE =90°,即DF ⊥FE ,AC ∩FE =F ,AC ,FE ⊂平面ABC ,所以DF ⊥平面ABC ,V D -BCE =13S △BCE ⋅DF =13×32×1=36;若∠FDE =120°,则∠DFE =30°,DF =DE =1,取EF 中点H ,连接DH ,则DH ⊥EF ,因为平面ABC ⊥平面DEF ,平面ABC ∩平面DEF =EF ,而DH ⊂平面DEF ,所以DH ⊥平面ABC ,DH =DF sin ∠DFE =1×sin30°=12,所以V D -BCE =13S △BCE ⋅DF =13×32×12=312;(2)若∠FDE =60°,以FA ,FE ,FD 为x ,y ,z 轴建立如图所示的空间直角坐标系F -xyz ,则D (0,0,1),C (-1,0,0),A (1,0,0),E (0,3,0),AE =(-1,3,0),EB =12AE =-12,32,0 ,所以B 点坐标为-12,332,0 ,CD =(1,0,1),CB =12,332,0 ,CE =(1,3,0),设平面DBC 的一个法向量是m =(x 1,y 1,z 1),则m ⋅CD =x 1+z 1=0m ⋅CB =12x 1+332y 1=0,取y 1=-1,则x 1=33,z 1=-33,即m =(33,-1,-33),设平面DEC 的一个法向量是n =(x 2,y 2,z 2),则n ⋅CD =x 2+z 2=0n ⋅CE =x 2+3y 2=0,取y 2=-1,则x 2=3,z 2=-3,即m =(3,-1,-3),cos m ,n =m ⋅n m n =9+1+955×7=19385385,所以二面角B -CD -E 的余弦值是19385;若∠FDE =120°,以FA 为x 轴,FE 为y 轴,过F 且平行于HD 的直线为z 轴建立如图所示的空间直角坐标系F -xyz ,FH =12FE =32,则D 0,32,12 ,C (-1,0,0),A (1,0,0),E (0,3,0),AE =(-1,3,0),EB =12AE =-12,32,0 ,所以B 点坐标为-12,332,0 ,CD =1,32,12 ,CB =12,332,0 ,CE =(1,3,0),设平面DBC 的一个法向量是m =(x 1,y 1,z 1),则m ⋅CD =x 1+32y 1+12z 1=0m ⋅CB =12x 1+332y 1=0,取y 1=-1,则x 1=33,z 1=-53,即m =(33,-1,-53),设平面DEC 的一个法向量是n =(x 2,y 2,z 2),则n ⋅CD =x 2+32y 2+12z 2=0n ⋅CE =x 2+3y 2=0,取y 2=-1,则x 2=3,z 2=-3,即m =(3,-1,-3),cos m ,n =m ⋅n m n =9+1+15103×7=25721721,所以二面角B -CD -E 的余弦值是25721721.10(22·23下·襄阳·三模)如图,在三棱柱ABC -A 1B 1C 1中,侧面BB 1C 1C 为矩形,∠BAC =90°,AB =AC =2,AA 1=4,A 1在底面ABC 的射影为BC 的中点N ,M 为B 1C 1的中点.(1)求证:平面A 1MNA ⊥平面A 1BC ;(2)求平面A 1B 1BA 与平面BB 1C 1C 夹角的余弦值.【答案】(1)证明见解析(2)23015【分析】(1)利用线面垂直和面面垂直的判定定理证明;(2)利用空间向量的坐标运算求面面夹角的余弦值.【详解】(1)如图,∵A 1N ⊥面ABC ,连AN ,则AN ⊥A 1N ,又AB =AC =2,∴AN ⊥BC ,又AN ∩BC =N ,A 1N ⊂面A 1BC ,BC ⊂面A 1BC ,于是AN ⊥面A 1BC ,又AN ⊂面A 1MN ,,所以面A 1BC ⊥面A 1MNA .(2)由(1)可得,以NA ,NB ,NA 1 为x ,y ,z 轴,建系如图,∠BAC =90°,AB =AC =2,BC =22则A (2,0,0),B (0,2,0),C (0,-2,0),因为AA 1=4,AN =2,所以A 1N =14,则A 1(0,0,14),因为NB 1 =NB +BB 1 =NB +AA 1 =0,2,0 +-2,0,14 =-2,2,14 ,所以B 1-2,2,14 ,设平面A 1BB 1的一个法向量为m =(x ,y ,z ),因为A 1B =(0,2,-14),B 1B =(2,0,-14),所以A 1B ⋅m =2y -14z =0B 1B ⋅m =2x -14z =0 ,令y =7,则x =7,z =1,所以m =(7,7,1),设平面BCC 1B 1的一个法向量为n =(a ,b ,c ),因为BC =(0,-22,0),BB 1 =(-2,0,14),所以BC ⋅n =-22b =0BB 1 ⋅n =-2a +14c =0,令a =7,则b =0,c =1,所以n =(7,0,1),设平面A 1BB 1与平面BCC 1B 1夹角为θ,则cos θ=cos <m ,n >=m ⋅n m n=7+0+17+7+1×7+0+1=23015,所以平面A 1BB 1与平面BCC 1B 1夹角的余弦值为23015.11(22·23·唐山·二模)如图,在三棱柱ABC -A 1B 1C 1中,△ABC 是等边三角形,侧面ACC 1A 1⊥底面ABC ,且AA 1=AC ,∠AA 1C 1=120°,M 是CC 1的中点.(1)证明:A 1C ⊥BM .(2)求二面角A 1-BC -M 的正弦值.【答案】(1)证明见解析(2)45【分析】(1)根据菱形的性质、结合面面垂直的性质,线面垂直的判定定理进行证明即可;(2)建立空间直角坐标系,运用空间向量夹角公式进行求解即sk .【详解】(1)取AC 的中点O ,连接OM ,OB ,AC 1.在三棱柱ABC -A 1B 1C 1中,由AA 1=AC ,得四边形ACC 1A 1为菱形,所以A 1C ⊥AC 1,易知OM ∥AC 1,则A 1C ⊥OM .由△ABC 是等边三角形,知OB ⊥AC ,又平面ACC 1A 1⊥平面ABC ,平面ACC 1A 1∩平面ABC =AC ,OB ⊂平面ABC ,知OB ⊥平面ACC 1A 1,则OB ⊥A 1C ,又OB ∩OM =O ,OB ,OM ⊂平面OBM ,得A 1C ⊥平面OBM ,又BM ⊂平面OBM ,故A 1C ⊥BM ..(2)连接OA 1,因为侧面ACC 1A 1为菱形,∠AA 1C 1=120°,则∠A 1AC =60°,则△A 1AC 为等边三角形,所以A 1O ⊥AC ,又由(1)易知OA 1,OB ,AC 两两垂直,故以O 为坐标原点,分别以OB ,OC ,OA 1 的方向为x 轴、y 轴、z 轴的正方向,建立空间直角坐标系.不妨设AB =2,则O 0,0,0 ,B 3,0,0 ,C 0,1,0 ,A 10,0,3 ,C 10,2,3 ,BA 1 =-3,0,3 ,BC =-3,1,0 ,CC 1 =0,1,3 ,。

第八部分立体几何(8)--垂直关系

第八部分立体几何(8)--垂直关系

高中数学人教B 版一轮复习
第八部分 立体几何(8)
六、垂直关系
一、线线垂直
(1)90A ∠=
(2)勾股定理
(3)直径所对的圆周角
(4)全等三角形或相似三角形
(5)三线合一
(6)线面垂直
二、线面垂直定义
如果一条直线和一个平面内的任何一条直线都垂直,则这条直线和这个平面垂直。

三、线面垂直判定1
内容:如果一条直线和一个平面内的两条相交直线垂直,则这条直线和这个平面垂直
符号语言:,,,,,a b a b A l a l b l ααα⊂⊂=⊥⊥⇒⊥
图形语言:
线面垂直判定2
内容:如果两条平行线中的一条垂直于一个平面,另一条也垂直这个平面.
符号语言:,a b a b αα⊥⇒⊥
图形语言:
结论:如果一条直线垂直于两个平行平面中的一个,也垂直于另一个
符号语言:,a b ααβα⊥⇒⊥
图形语言:
四、线面垂直性质
内容:垂直于同一个平面的两条直线平行
符号语言:,a b a b αα⊥⊥⇒
图形语言:
五、面面垂直判定
内容:如果一个平面经过另一个平面的垂线,则两面垂直。

符号语言:,a a αβαβ⊂⊥⇒⊥
图形语言:
六、面面垂直性质:(证明线面垂直)
内容:若两个平面互相垂直,则在一个平面内垂直于交线的直线垂直于另一个平面 符号语言:,,,l a a l a αβαβαβ⊥=⊂⊥⇒⊥
图形语言:。

高中数学立体几何垂直关系专题

高中数学立体几何垂直关系专题

立体几何垂直关系专题高考中立体几何解答题中垂直关系的基本题型是:证明空间线面垂直需注意以下几点:①由已知想性质,由求证想判定,即分析法与综合法相结合寻找证题思路。

②立体几何论证题的解答中,利用题设条件的性质适当添加辅助线(或面或辅助体)是解题的常用方法之一。

③明确何时应用判定定理,何时应用性质定理,用定理时要先申明条件再由定理得出相应结论。

④三垂线定理及其逆定理在高考题中使用的频率最高,在证明线线垂直时应优先考虑. 应用时常需先认清所观察的平面及它的垂线,从而明确斜线、射影、面内直线的位置,再根据定理由已知的两直线垂直得出新的两直线垂直.另外通过计算证明线线垂直也是常用的方法之一。

垂直题目的解决方法须熟练掌握以下相互转化关系:2 垂直转化:线线垂直线面垂直面面垂直;每一垂直判定就是从某一垂直开始转向另一垂直最终达到目的。

例如:有两个平面垂直时,一般要用性质定理,在一个平面内作交线的垂线,使之转化为线面垂直,然后进一步转化为线线垂直。

2.“升降维”思想直线是一维的,平面是二维的,立体空间是三维的。

运用降维的方法把立体空间问题转化为平面或直线问题进行研究和解题,可以化难为易,化新为旧,化未知为已知,从而使问题得到解决。

运用升维的方法把平面或直线中的概念、定义或方法向空间推广,可以立易解难,温旧知新,从已知探索未知,是培养创新精神和能力,是“学会学习”的重要方法。

平面图形的翻折问题的分析与解决,就是升维与降维思想方法的不断转化运用的过程。

注意:证明线面关系,严禁跳步作答证明线面位置关系的基本思想是转化与化归,根据线面平行、垂直关系的判定和性质,进行相互之间的转化,但分析问题时不能只局限在线上,要把相关的线归结到某个平面上,通过证明线面垂直达到证明线线垂直的目的,但证明线面垂直又要借助于线线垂直,在不断的相互转化中达到最终目的.解决空间问题常添加的辅助线与辅助面1. 遇到线面平行面面平行做辅助面引出平行线,遇到线面垂直做出过垂线的平面引出垂面2.. 遇到面面垂直在一平面内做出两垂面交线的垂线引出线面垂直的条件添加辅助线的策略:一、添加垂线策略。

历年高考数学真题精选31 立体几何中的垂直关系

历年高考数学真题精选31 立体几何中的垂直关系

高考数学真题精选(按考点分类)专题31 垂直关系(学生版)1.(2019•北京)如图,在四棱锥P ABCD -中,PA ⊥平面ABCD ,底面ABCD 为菱形,E 为CD 的中点.(Ⅰ)求证:BD ⊥平面PAC ;(Ⅱ)若60ABC ∠=︒,求证:平面PAB ⊥平面PAE ;(Ⅲ)棱PB 上是否存在点F ,使得//CF 平面PAE ?说明理由.2.(2015•重庆)如图,三棱锥P ABC -中,平面PAC ⊥平面ABC ,2ABC π∠=,点D 、E在线段AC 上,且2AD DE EC ===,4PD PC ==,点F 在线段AB 上,且//EF BC . (Ⅰ)证明:AB ⊥平面PFE .(Ⅱ)若四棱锥P DFBC -的体积为7,求线段BC 的长.3.(2015•福建)如图,AB 是圆O 的直径,点C 是圆O 上异于A ,B 的点,PO 垂直于圆O 所在的平面,且1PO OB ==,(Ⅰ)若D 为线段AC 的中点,求证;AC ⊥平面PDO ; (Ⅱ)求三棱锥P ABC -体积的最大值;(Ⅲ)若2BC =,点E 在线段PB 上,求CE OE +的最小值.4.(2014•四川)在如图所示的多面体中,四边形11ABB A 和11ACC A 都为矩形 (Ⅰ)若AC BC ⊥,证明:直线BC ⊥平面11ACC A ;(Ⅱ)设D 、E 分别是线段BC 、1CC 的中点,在线段AB 上是否存在一点M ,使直线//DE 平面1A MC ?请证明你的结论.5.(2014•福建)如图,三棱锥A BCD -中,AB ⊥平面BCD ,CD BD ⊥. (Ⅰ)求证:CD ⊥平面ABD ;(Ⅱ)若1AB BD CD ===,M 为AD 中点,求三棱锥A MBC -的体积.6.(2014•广东)如图1,四边形ABCD 为矩形,PD ⊥平面ABCD ,1AB =,2BC PC ==作如图2折叠;折痕//EF DC ,其中点E ,F 分别在线段PD ,PC 上,沿EF 折叠后点P 叠在线段AD 上的点记为M ,并且MF CF ⊥.(1)证明:CF ⊥平面MDF ; (2)求三棱锥M CDE -的体积.7.(2014•新课标Ⅰ)如图,三棱柱111ABC A B C -中,侧面11BB C C 为菱形,1B C 的中点为O ,且AO ⊥平面11BB C C . (1)证明:1B C AB ⊥;(2)若1AC AB ⊥,160CBB ∠=︒,1BC =,求三棱柱111ABC A B C -的高.8.(2014•山东)如图,四棱锥P ABCD -中,AP ⊥平面PCD ,//AD BC ,12AB BC AD ==,E ,F 分别为线段AD ,PC 的中点.(Ⅰ)求证://AP 平面BEF ; (Ⅱ)求证:BE ⊥平面PAC .9.(2013•安徽)如图,四棱锥P ABCD -的底面ABCD 是边长为2的菱形,60BAD ∠=︒.已知2PB PD ==,6PA (Ⅰ)证明:BD ⊥面PAC(Ⅱ)若E 为PA 的中点,求三菱锥P BCE -的体积.10.(2013•重庆)如图,四棱锥P ABCD -中,PA ⊥底面ABCD ,23PA =,2BC CD ==,3ACB ACD π∠=∠=.(Ⅰ)求证:BD ⊥平面PAC ;(Ⅱ)若侧棱PC 上的点F 满足7PF FC =,求三棱锥P BDF -的体积.11.(2013•新课标Ⅰ)如图,三棱柱111ABC A B C -中,CA CB =,1AB AA =,160BAA ∠=︒ (Ⅰ)证明:1AB AC ⊥; (Ⅱ)若2AB CB ==,16A C =,求三棱柱111ABC A B C -的体积.12.(2019•新课标Ⅲ)图1是由矩形ADEB ,Rt ABC ∆和菱形BFGC 组成的一个平面图形,其中1AB =,2BE BF ==,60FBC ∠=︒.将其沿AB ,BC 折起使得BE 与BF 重合,连结DG ,如图2.(1)证明:图2中的A ,C ,G ,D 四点共面,且平面ABC ⊥平面BCGE ; (2)求图2中的四边形ACGD 的面积.13.(2018•江苏)在平行六面体1111ABCD A B C D -中,1AA AB =,111AB B C ⊥. 求证:(1)//AB 平面11A B C ; (2)平面11ABB A ⊥平面1A BC .14.(2018•新课标Ⅲ)如图,矩形ABCD 所在平面与半圆弧CD 所在平面垂直,M 是CD 上异于C ,D 的点.(1)证明:平面AMD ⊥平面BMC ;(2)在线段AM 上是否存在点P ,使得//MC 平面PBD ?说明理由.15.(2018•新课标Ⅰ)如图,在平行四边形ABCM 中,3AB AC ==,90ACM ∠=︒,以AC 为折痕将ACM ∆折起,使点M 到达点D 的位置,且AB DA ⊥. (1)证明:平面ACD ⊥平面ABC ;(2)Q 为线段AD 上一点,P 为线段BC 上一点,且23BP DQ DA ==,求三棱锥Q ABP -的体积.16.(2017•新课标Ⅰ)如图,在四棱锥P ABCD-中,//AB CD,且90BAP CDP∠=∠=︒.(1)证明:平面PAB⊥平面PAD;(2)若PA PD AB DC===,90APD∠=︒,且四棱锥P ABCD-的体积为83,求该四棱锥的侧面积.历年高考数学真题精选(按考点分类)专题31 垂直关系(教师版)1.(2019•北京)如图,在四棱锥P ABCD-中,PA⊥平面ABCD,底面ABCD为菱形,E 为CD的中点.(Ⅰ)求证:BD⊥平面PAC;(Ⅱ)若60ABC∠=︒,求证:平面PAB⊥平面PAE;(Ⅲ)棱PB上是否存在点F,使得//CF平面PAE?说明理由.证明:(Ⅰ)四棱锥P ABCD-中,PA⊥平面ABCD,底面ABCD为菱形,BD PA ∴⊥,BD AC ⊥,PAAC A =,BD ∴⊥平面PAC .(Ⅱ)在四棱锥P ABCD -中,PA ⊥平面ABCD ,底面ABCD 为菱形,E 为CD 的中点,60ABC ∠=︒, AB AE ∴⊥,PA AE ⊥,PAAB A =,AE ∴⊥平面PAB ,AE ⊂平面PAE ,∴平面PAB ⊥平面PAE .解:(Ⅲ)棱PB 上是存在中点F ,使得//CF 平面PAE . 理由如下:取AB 中点G ,连结GF ,CG ,在四棱锥P ABCD -中,PA ⊥平面ABCD ,底面ABCD 为菱形,E 为CD 的中点, //CG AE ∴,//FG PA , CGFG G =,AEPA A =,∴平面//CFG 平面PAE ,CF ⊂平面CFG ,//CF ∴平面PAE .2.(2015•重庆)如图,三棱锥P ABC -中,平面PAC ⊥平面ABC ,2ABC π∠=,点D 、E在线段AC 上,且2AD DE EC ===,4PD PC ==,点F 在线段AB 上,且//EF BC . (Ⅰ)证明:AB ⊥平面PFE .(Ⅱ)若四棱锥P DFBC -的体积为7,求线段BC 的长.解:(Ⅰ)如图,由DE EC =,PD PC =知,E 为等腰PDC ∆中DC 边的中点,故PE AC ⊥, 又平面PAC ⊥平面ABC ,平面PAC ⋂平面ABC AC =,PE ⊂平面PAC ,PE AC ⊥, 所以PE ⊥平面ABC ,从而PE AB ⊥. 因为2ABC π∠=,//EF BC ,故AB EF ⊥,从而AB 与平面PEF 内两条相交直线PE ,EF 都垂直, 所以AB ⊥平面PEF .(Ⅱ)设BC x =,则在直角ABC ∆中,22236AB AC BC x =-=- 从而2113622ABC S AB BC x x ∆==- 由//EF BC 知23AF AE AB AC ==,得AFE ABC ∆∆∽, 故224()39AFEABCS S ∆∆==,即49AFE ABC S S ∆∆=, 由12AD AE =,2114213622999AFD AFE ABC ABC S S S S x x ∆∆∆∆====- 从而四边形DFBC 的面积为:2221173636362918DFBC ABC AFD S S S x x x x x x ∆=-=--=-.由(Ⅰ)知,PE ⊥平面ABC ,所以PE 为四棱锥P DFBC -的高. 在直角PEC ∆中,22224223PE PC EC =-=- 故体积2117362373318P DFBC DFBC V S PE x x -==-=, 故得42362430x x -+=,解得29x =或227x =,由于0x >,可得3x =或33x = 所以:3BC =或33BC =3.(2015•福建)如图,AB 是圆O 的直径,点C 是圆O 上异于A ,B 的点,PO 垂直于圆O 所在的平面,且1PO OB ==,(Ⅰ)若D 为线段AC 的中点,求证;AC ⊥平面PDO ; (Ⅱ)求三棱锥P ABC -体积的最大值;(Ⅲ)若2BC =,点E 在线段PB 上,求CE OE +的最小值.解:(Ⅰ)在AOC ∆中,因为OA OC =,D 为AC 的中点, 所以AC DO ⊥,又PO 垂直于圆O 所在的平面, 所以PO AC ⊥, 因为DOPO O =,所以AC ⊥平面PDO . (Ⅱ)因为点C 在圆O 上,所以当CO AB ⊥时,C 到AB 的距离最大,且最大值为1, 又2AB =,所以ABC ∆面积的最大值为12112⨯⨯=,又因为三棱锥P ABC -的高1PO =,故三棱锥P ABC -体积的最大值为:111133⨯⨯=.(Ⅲ)在POB ∆中,1PO OB ==,90POB ∠=︒, 所以22112PB =+同理2PC =,所以PB PC BC ==,在三棱锥P ABC -中,将侧面BCP 绕PB 旋转至平面BC P ',使之与平面ABP 共面,如图所示,当O ,E ,C '共线时,CE OE +取得最小值, 又因为OP OB =,C P C B '=',所以OC '垂直平分PB ,即E 为PB 中点. 从而2626OC OE EC +'=+'=+=. 亦即CE OE +的最小值为:26+.4.(2014•四川)在如图所示的多面体中,四边形11ABB A 和11ACC A 都为矩形 (Ⅰ)若AC BC ⊥,证明:直线BC ⊥平面11ACC A ;(Ⅱ)设D 、E 分别是线段BC 、1CC 的中点,在线段AB 上是否存在一点M ,使直线//DE 平面1A MC ?请证明你的结论.(Ⅰ)证明:四边形11ABB A 和11ACC A 都为矩形, 1AA AB ∴⊥,1AA AC ⊥, ABAC A =,1AA ∴⊥平面ABC ,BC ⊂平面ABC , 1AA BC ∴⊥,AC BC ⊥,1AA AC A =,∴直线BC ⊥平面11ACC A ;(Ⅱ)解:取AB 的中点M ,连接1A M ,MC ,1A C ,1AC ,设O 为1A C ,1AC 的交点,则O 为1AC 的中点.连接MD ,OE ,则//MD AC ,12MD AC =,//OE AC ,12OE AC =, //MD OE ∴,MD OE =,连接OM ,则四边形MDEO 为平行四边形, //DE MO ∴,DE ⊂/平面1A MC ,MO ⊂平面1A MC ,//DE ∴平面1A MC ,∴线段AB 上存在一点M (线段AB 的中点),使直线//DE 平面1A MC .5.(2014•福建)如图,三棱锥A BCD -中,AB ⊥平面BCD ,CD BD ⊥. (Ⅰ)求证:CD ⊥平面ABD ;(Ⅱ)若1AB BD CD ===,M 为AD 中点,求三棱锥A MBC -的体积.(Ⅰ)证明:AB ⊥平面BCD ,CD ⊂平面BCD ,AB CD ∴⊥,CD BD ⊥,AB BD B =,CD ∴⊥平面ABD ;(Ⅱ)解:AB ⊥平面BCD ,BD ⊂平面BCD ,AB BD ∴⊥. 1AB BD ==,12ABD S ∆∴=, M 为AD 中点,1124ABM ABD S S ∆∆∴==,CD ⊥平面ABD ,11312A MBC C ABM ABM V V S CD --∆∴===.6.(2014•广东)如图1,四边形ABCD 为矩形,PD ⊥平面ABCD ,1AB =,2BC PC ==作如图2折叠;折痕//EF DC ,其中点E ,F 分别在线段PD ,PC 上,沿EF 折叠后点P 叠在线段AD 上的点记为M ,并且MF CF ⊥.(1)证明:CF ⊥平面MDF ; (2)求三棱锥M CDE -的体积.解:(1)证明:PD ⊥平面ABCD ,PD ⊂平面PCD ,∴平面PCD ⊥平面ABCD ;又平面PCD ⋂平面ABCD CD =,MD ⊂平面ABCD ,MD CD ⊥,MD ∴⊥平面PCD ,CF ⊂平面PCD ,CF MD ∴⊥;又CF MF ⊥,MD 、MF ⊂平面MDF ,MD M F M =,CF ∴⊥平面MDF ;(2)CF ⊥平面MDF ,CF DF ∴⊥, 又Rt PCD ∆中,1DC =,2PC =, 30P ∴∠=︒,60PCD ∠=︒,30CDF ∴∠=︒,1122CF CD ==;//EF DC ,∴DE CFDP CP =,即1223=, 3DE ∴=,33PE ∴=,132CDE S CD DE ∆∴==; 22223336()()44MD ME DE =-=-=, 1136233M CDE CDE V S MD -∆∴==⨯⨯=. 7.(2014•新课标Ⅰ)如图,三棱柱111ABC A B C -中,侧面11BB C C 为菱形,1B C 的中点为O ,且AO ⊥平面11BB C C . (1)证明:1B C AB ⊥;(2)若1AC AB ⊥,160CBB ∠=︒,1BC =,求三棱柱111ABC A B C -的高.(1)证明:连接1BC ,则O 为1B C 与1BC 的交点, 侧面11BB C C 为菱形, 11BC B C ∴⊥,AO ⊥平面11BB C C , 1AO B C ∴⊥, 1AOBC O =,1B C ∴⊥平面ABO ,AB ⊂平面ABO ,1B C AB ∴⊥;(2)解:作OD BC ⊥,垂足为D ,连接AD ,作OH AD ⊥,垂足为H ,BC AO ⊥,BC OD ⊥,AO OD O =,BC ∴⊥平面AOD , OH BC ∴⊥, OH AD ⊥,BCAD D =,OH ∴⊥平面ABC , 160CBB ∠=︒, 1CBB ∴∆为等边三角形,1BC =,34OD ∴=, 1AC AB ⊥,11122OA B C ∴==,由OH AD OD OA =,可得2274AD OD OA =+=,2114OH ∴=, O 为1B C 的中点, 1B ∴到平面ABC 的距离为217, ∴三棱柱111ABC A B C -的高217.8.(2014•山东)如图,四棱锥P ABCD -中,AP ⊥平面PCD ,//AD BC ,12AB BC AD ==,E ,F 分别为线段AD ,PC 的中点.(Ⅰ)求证://AP 平面BEF ; (Ⅱ)求证:BE ⊥平面PAC .证明:(Ⅰ)连接CE ,则//AD BC ,12BC AD =,E 为线段AD 的中点, ∴四边形ABCE 是平行四边形,BCDE 是平行四边形,设AC BE O =,连接OF ,则O 是AC 的中点,F 为线段PC 的中点,//PA OF ∴,PA ⊂/平面BEF ,OF ⊂平面BEF ,//AP ∴平面BEF ;(Ⅱ)BCDE 是平行四边形, //BE CD ∴,AP ⊥平面PCD ,CD ⊂平面PCD ,AP CD ∴⊥,BE AP ∴⊥,AB BC =,四边形ABCE 是平行四边形,∴四边形ABCE 是菱形,BE AC ∴⊥, APAC A =,BE ∴⊥平面PAC .9.(2013•安徽)如图,四棱锥P ABCD -的底面ABCD 是边长为2的菱形,60BAD ∠=︒.已知2PB PD ==,6PA (Ⅰ)证明:BD ⊥面PAC(Ⅱ)若E 为PA 的中点,求三菱锥P BCE -的体积.(Ⅰ)证明:连接BD ,AC 交于O 点,PB PD =,PO BD ∴⊥,又ABCD 是菱形, BD AC ∴⊥,PO ⊂平面PAC ,AC ⊂平面PAC ,ACPO O =,BD ∴⊥平面PAC .(Ⅱ)则23AC =,ABD ∆和PBD ∆的三边长均为2, ABD PBD ∴∆≅∆,3AO PO ∴==,222AO PO PA ∴+=, AC PO ∴⊥,132PAC S AC PO ∆==, 11111131223232P BCE B PEC B PAC PAC V V V S BO ---∆====⨯⨯⨯=.10.(2013•重庆)如图,四棱锥P ABCD -中,PA ⊥底面ABCD ,23PA =2BC CD ==,3ACB ACD π∠=∠=.(Ⅰ)求证:BD ⊥平面PAC ;(Ⅱ)若侧棱PC 上的点F 满足7PF FC =,求三棱锥P BDF -的体积.解:(Ⅰ)2BC CD ==,BCD ∴∆为等腰三角形,再由3ACB ACD π∠=∠=,BD AC ∴⊥.再由PA ⊥底面ABCD ,可得PA BD ⊥. 而PAAC A =,故BD ⊥平面PAC .(Ⅱ)侧棱PC 上的点F 满足7PF FC =,∴三棱锥F BCD -的高是三棱锥P BCD -的高的18.BCD ∆的面积112sin 22sin 3223BCD S BC CD BCD π∆=∠=⨯⨯⨯=. ∴三棱锥P BDF -的体积1117133883P BCD F BCD BCD BCD BCD V V V S PA S PA S PA --∆∆∆=-=-=⨯ 77323244=⨯⨯=. 11.(2013•新课标Ⅰ)如图,三棱柱111ABC A B C -中,CA CB =,1AB AA =,160BAA ∠=︒ (Ⅰ)证明:1AB AC ⊥; (Ⅱ)若2AB CB ==,16A C =,求三棱柱111ABC A B C -的体积.(Ⅰ)证明:如图,取AB 的中点O ,连结OC ,1OA ,1A B . 因为CA CB =,所以OC AB ⊥.由于1AB AA =,160BAA ∠=︒,故△1AA B 为等边三角形, 所以1OA AB ⊥. 因为1OCOA O =,所以AB ⊥平面1OAC . 又1A C ⊂平面1OAC ,故1AB AC ⊥; (Ⅱ)解:由题设知ABC ∆与△1AA B 都是边长为2的等边三角形, 所以13OC OA ==.又16A C =,则22211AC OC OA =+,故1OA OC ⊥. 因为OCAB O =,所以1OA ⊥平面ABC ,1OA 为三棱柱111ABC A B C -的高.又ABC ∆的面积3ABC S ∆=,故三棱柱111ABC A B C -的体积1333ABC V S OA ∆=⨯=⨯=.12.(2019•新课标Ⅲ)图1是由矩形ADEB ,Rt ABC ∆和菱形BFGC 组成的一个平面图形,其中1AB =,2BE BF ==,60FBC ∠=︒.将其沿AB ,BC 折起使得BE 与BF 重合,连结DG ,如图2.(1)证明:图2中的A ,C ,G ,D 四点共面,且平面ABC ⊥平面BCGE ; (2)求图2中的四边形ACGD 的面积.解:(1)证明:由已知可得//AD BE ,//CG BE ,即有//AD CG ,则AD ,CG 确定一个平面,从而A ,C ,G ,D 四点共面; 由四边形ABED 为矩形,可得AB BE ⊥, 由ABC ∆为直角三角形,可得AB BC ⊥, 又BCBE B =,可得AB ⊥平面BCGE ,AB ⊂平面ABC ,可得平面ABC ⊥平面BCGE ;(2)连接BG ,AG ,由AB ⊥平面BCGE ,可得AB BG ⊥,在BCG ∆中,2BC CG ==,120BCG ∠=︒,可得2sin 6023BG BC =︒=, 可得2213AG AB BG =+=,在ACG ∆中,5AC =,2CG =,13AG =, 可得cos 2255ACG ∠==-⨯⨯,即有sin 5ACG ∠=,则平行四边形ACGD 的面积为2545⨯⨯=.13.(2018•江苏)在平行六面体1111ABCD A B C D -中,1AA AB =,111AB B C ⊥. 求证:(1)//AB 平面11A B C ; (2)平面11ABB A ⊥平面1A BC .证明:(1)平行六面体1111ABCD A B C D -中,11//AB A B ,11//AB A B ,AB ⊂/平面11A B C ,11//A B ⊂平面11//A B C AB ⇒平面11A B C ;(2)在平行六面体1111ABCD A B C D -中,1AA AB =,⇒四边形11ABB A 是菱形,11AB A B ⊥⊥.在平行六面体1111ABCD A B C D -中,1AA AB =,1111AB B C AB BC ⊥⇒⊥. ∴1111111,,AB A B AB BC A B BC BA B A BC BC A BC⊥⊥⎧⎪=⎨⎪⊂⊂⎩面面 1AB ⇒⊥面1A BC ,且1AB ⊂平面11ABB A ⇒平面11ABB A ⊥平面1A BC .14.(2018•新课标Ⅲ)如图,矩形ABCD 所在平面与半圆弧CD 所在平面垂直,M 是CD 上异于C ,D 的点.(1)证明:平面AMD ⊥平面BMC ;(2)在线段AM 上是否存在点P ,使得//MC 平面PBD ?说明理由.(1)证明:矩形ABCD 所在平面与半圆弦CD 所在平面垂直,所以AD ⊥半圆弦CD 所在平面,CM ⊂半圆弦CD 所在平面, CM AD ∴⊥,M 是CD 上异于C ,D 的点.CM DM ∴⊥,DMAD D =,CM ∴⊥平面AMD ,CM ⊂平面CMB ,∴平面AMD ⊥平面BMC ;(2)解:存在P 是AM 的中点, 理由:连接BD 交AC 于O ,取AM 的中点P ,连接OP ,可得//MC OP ,MC ⊂/平面BDP ,OP ⊂平面BDP ,所以//MC 平面PBD .15.(2018•新课标Ⅰ)如图,在平行四边形ABCM 中,3AB AC ==,90ACM ∠=︒,以AC为折痕将ACM ∆折起,使点M 到达点D 的位置,且AB DA ⊥.(1)证明:平面ACD ⊥平面ABC ;(2)Q 为线段AD 上一点,P 为线段BC 上一点,且23BP DQ DA ==,求三棱锥Q ABP -的体积.解:(1)证明:在平行四边形ABCM 中,90ACM ∠=︒,AB AC ∴⊥, 又AB DA ⊥.且AD AC A =,AB ∴⊥面ADC ,AB ⊂面ABC ,∴平面ACD ⊥平面ABC ;(2)3AB AC ==,90ACM ∠=︒,32AD AM ∴== 2223BP DQ DA ∴=== 由(1)得DC AB ⊥,又DC CA ⊥,DC ∴⊥面ABC , ∴三棱锥Q ABP -的体积1133ABP V S DC ∆=⨯ 121121133313333323ABC S DC ∆=⨯⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=. 16.(2017•新课标Ⅰ)如图,在四棱锥P ABCD -中,//AB CD ,且90BAP CDP ∠=∠=︒.(1)证明:平面PAB ⊥平面PAD ;(2)若PA PD AB DC ===,90APD ∠=︒,且四棱锥P ABCD -的体积为83,求该四棱锥的侧面积.证明:(1)在四棱锥P ABCD -中,90BAP CDP ∠=∠=︒, AB PA ∴⊥,CD PD ⊥,又//AB CD ,AB PD ∴⊥,PA PD P =,AB ∴⊥平面PAD ,AB ⊂平面PAB ,∴平面PAB ⊥平面PAD .解:(2)设PA PD AB DC a ====,取AD 中点O ,连结PO , PA PD AB DC ===,90APD ∠=︒,平面PAB ⊥平面PAD , PO ∴⊥底面ABCD ,且222AD a a a =+,2PO =,四棱锥P ABCD -的体积为83,由AB ⊥平面PAD ,得AB AD ⊥,13P ABCD ABCD V S PO -∴=⨯⨯四边形31121823333AB AD PO a a a =⨯⨯⨯=⨯==, 解得2a =,2PA PD AB DC ∴====,22AD BC ==,2PO ,4422PB PC ∴==+=,∴该四棱锥的侧面积:PAD PAB PDC PBC S S S S S ∆∆∆∆=+++侧221111()22222BC PA PD PA AB PD DC BC PB =⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯+⨯-111122222222822222=⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯+⨯-623=+。

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历年高考数学真题精选(按考点分类)专题31 垂直关系(学生版)1.(2019•北京)如图,在四棱锥P ABCD -中,PA ⊥平面ABCD ,底面ABCD 为菱形,E 为CD 的中点.(Ⅰ)求证:BD ⊥平面PAC ;(Ⅱ)若60ABC ∠=︒,求证:平面PAB ⊥平面PAE ;(Ⅲ)棱PB 上是否存在点F ,使得//CF 平面PAE ?说明理由.2.(2015•重庆)如图,三棱锥P ABC -中,平面PAC ⊥平面ABC ,2ABC π∠=,点D 、E 在线段AC 上,且2AD DE EC ===,4PD PC ==,点F 在线段AB 上,且//EF BC . (Ⅰ)证明:AB ⊥平面PFE .(Ⅱ)若四棱锥P DFBC -的体积为7,求线段BC 的长.3.(2015•福建)如图,AB 是圆O 的直径,点C 是圆O 上异于A ,B 的点,PO 垂直于圆O 所在的平面,且1PO OB ==,(Ⅰ)若D 为线段AC 的中点,求证;AC ⊥平面PDO ; (Ⅱ)求三棱锥P ABC -体积的最大值;(Ⅲ)若2BC =E 在线段PB 上,求CE OE +的最小值.4.(2014•四川)在如图所示的多面体中,四边形11ABB A 和11ACC A 都为矩形 (Ⅰ)若AC BC ⊥,证明:直线BC ⊥平面11ACC A ;(Ⅱ)设D 、E 分别是线段BC 、1CC 的中点,在线段AB 上是否存在一点M ,使直线//DE 平面1A MC ?请证明你的结论.5.(2014•福建)如图,三棱锥A BCD -中,AB ⊥平面BCD ,CD BD ⊥. (Ⅰ)求证:CD ⊥平面ABD ;(Ⅱ)若1AB BD CD ===,M 为AD 中点,求三棱锥A MBC -的体积.6.(2014•广东)如图1,四边形ABCD 为矩形,PD ⊥平面ABCD ,1AB =,2BC PC ==作如图2折叠;折痕//EF DC ,其中点E ,F 分别在线段PD ,PC 上,沿EF 折叠后点P 叠在线段AD 上的点记为M ,并且MF CF ⊥. (1)证明:CF ⊥平面MDF ; (2)求三棱锥M CDE -的体积.7.(2014•新课标Ⅰ)如图,三棱柱111ABC A B C -中,侧面11BB C C 为菱形,1B C 的中点为O ,且AO ⊥平面11BB C C . (1)证明:1B C AB ⊥;(2)若1AC AB ⊥,160CBB ∠=︒,1BC =,求三棱柱111ABC A B C -的高.8.(2014•山东)如图,四棱锥P ABCD -中,AP ⊥平面PCD ,//AD BC ,12AB BC AD ==,E ,F 分别为线段AD ,PC 的中点.(Ⅰ)求证://AP 平面BEF ; (Ⅱ)求证:BE ⊥平面PAC .9.(2013•安徽)如图,四棱锥P ABCD -的底面ABCD 是边长为2的菱形,60BAD ∠=︒.已知2PB PD ==,6PA = (Ⅰ)证明:BD ⊥面PAC(Ⅱ)若E 为PA 的中点,求三菱锥P BCE -的体积.10.(2013•重庆)如图,四棱锥P ABCD -中,PA ⊥底面ABCD ,23PA =,2BC CD ==,3ACB ACD π∠=∠=.(Ⅰ)求证:BD ⊥平面PAC ;(Ⅱ)若侧棱PC 上的点F 满足7PF FC =,求三棱锥P BDF -的体积.11.(2013•新课标Ⅰ)如图,三棱柱111ABC A B C -中,CA CB =,1AB AA =,160BAA ∠=︒ (Ⅰ)证明:1AB AC ⊥; (Ⅱ)若2AB CB ==,16AC =,求三棱柱111ABC A B C -的体积.12.(2019•新课标Ⅲ)图1是由矩形ADEB ,Rt ABC ∆和菱形BFGC 组成的一个平面图形,其中1AB =,2BE BF ==,60FBC ∠=︒.将其沿AB ,BC 折起使得BE 与BF 重合,连结DG ,如图2.(1)证明:图2中的A ,C ,G ,D 四点共面,且平面ABC ⊥平面BCGE ;(2)求图2中的四边形ACGD 的面积.13.(2018•江苏)在平行六面体1111ABCD A B C D -中,1AA AB =,111AB B C ⊥. 求证:(1)//AB 平面11A B C ; (2)平面11ABB A ⊥平面1A BC .14.(2018•新课标Ⅲ)如图,矩形ABCD 所在平面与半圆弧CD 所在平面垂直,M 是CD 上异于C ,D 的点.(1)证明:平面AMD ⊥平面BMC ;(2)在线段AM 上是否存在点P ,使得//MC 平面PBD ?说明理由.15.(2018•新课标Ⅰ)如图,在平行四边形ABCM 中,3AB AC ==,90ACM ∠=︒,以AC 为折痕将ACM ∆折起,使点M 到达点D 的位置,且AB DA ⊥. (1)证明:平面ACD ⊥平面ABC ;(2)Q 为线段AD 上一点,P 为线段BC 上一点,且23BP DQ DA ==,求三棱锥Q ABP -的体积.16.(2017•新课标Ⅰ)如图,在四棱锥P ABCD -中,//AB CD ,且90BAP CDP ∠=∠=︒. (1)证明:平面PAB ⊥平面PAD ;(2)若PA PD AB DC ===,90APD ∠=︒,且四棱锥P ABCD -的体积为83,求该四棱锥的侧面积.历年高考数学真题精选(按考点分类)专题31 垂直关系(教师版)1.(2019•北京)如图,在四棱锥P ABCD -中,PA ⊥平面ABCD ,底面ABCD 为菱形,E 为CD 的中点.(Ⅰ)求证:BD ⊥平面PAC ;(Ⅱ)若60ABC ∠=︒,求证:平面PAB ⊥平面PAE ;(Ⅲ)棱PB 上是否存在点F ,使得//CF 平面PAE ?说明理由.证明:(Ⅰ)四棱锥P ABCD -中,PA ⊥平面ABCD ,底面ABCD 为菱形,BD PA ∴⊥,BD AC ⊥,PA AC A =,BD ∴⊥平面PAC .(Ⅱ)在四棱锥P ABCD -中,PA ⊥平面ABCD ,底面ABCD 为菱形,E 为CD 的中点,60ABC ∠=︒, AB AE ∴⊥,PA AE ⊥,PA AB A =,AE ∴⊥平面PAB ,AE ⊂平面PAE ,∴平面PAB ⊥平面PAE .解:(Ⅲ)棱PB 上是存在中点F ,使得//CF 平面PAE . 理由如下:取AB 中点G ,连结GF ,CG ,在四棱锥P ABCD -中,PA ⊥平面ABCD ,底面ABCD 为菱形,E 为CD 的中点,//CG AE ∴,//FG PA , CGFG G =,AE PA A =,∴平面//CFG 平面PAE ,CF ⊂平面CFG ,//CF ∴平面PAE .2.(2015•重庆)如图,三棱锥P ABC -中,平面PAC ⊥平面ABC ,2ABC π∠=,点D 、E 在线段AC 上,且2AD DE EC ===,4PD PC ==,点F 在线段AB 上,且//EF BC . (Ⅰ)证明:AB ⊥平面PFE .(Ⅱ)若四棱锥P DFBC -的体积为7,求线段BC 的长.解:(Ⅰ)如图,由DE EC =,PD PC =知,E 为等腰PDC ∆中DC 边的中点,故PE AC ⊥, 又平面PAC ⊥平面ABC ,平面PAC⋂平面ABC AC =,PE ⊂平面PAC ,PE AC ⊥,所以PE ⊥平面ABC ,从而PE AB ⊥. 因为2ABC π∠=,//EF BC , 故AB EF ⊥,从而AB 与平面PEF 内两条相交直线PE ,EF 都垂直, 所以AB ⊥平面PEF .(Ⅱ)设BC x =,则在直角ABC ∆中,22236AB AC BC x =--,从而2113622ABC S AB BC x x ∆==- 由//EF BC 知23AF AE AB AC ==,得AFE ABC ∆∆∽, 故224()39AFE ABC S S ∆∆==,即49AFE ABC S S ∆∆=,由12AD AE =,2114213622999AFD AFE ABC ABC S S S S x x ∆∆∆∆====-, 从而四边形DFBC 的面积为:2221173636362918DFBC ABC AFD S S S x x x x x x ∆=-=---=-.由(Ⅰ)知,PE ⊥平面ABC ,所以PE 为四棱锥P DFBC -的高. 在直角PEC ∆中,22224223PE PC EC =-=-=, 故体积2117362373318P DFBC DFBC V S PE x x -==-=, 故得42362430x x -+=,解得29x =或227x =,由于0x >,可得3x =或33x =. 所以:3BC =或33BC =.3.(2015•福建)如图,AB 是圆O 的直径,点C 是圆O 上异于A ,B 的点,PO 垂直于圆O 所在的平面,且1PO OB ==,(Ⅰ)若D 为线段AC 的中点,求证;AC ⊥平面PDO ; (Ⅱ)求三棱锥P ABC -体积的最大值;(Ⅲ)若2BC =,点E 在线段PB 上,求CE OE +的最小值.解:(Ⅰ)在AOC ∆中,因为OA OC =,D 为AC 的中点, 所以AC DO ⊥,又PO 垂直于圆O 所在的平面, 所以PO AC ⊥, 因为DOPO O =,所以AC ⊥平面PDO . (Ⅱ)因为点C 在圆O 上,所以当CO AB ⊥时,C 到AB 的距离最大,且最大值为1,又2AB =,所以ABC ∆面积的最大值为12112⨯⨯=,又因为三棱锥P ABC -的高1PO =,故三棱锥P ABC -体积的最大值为:111133⨯⨯=.(Ⅲ)在POB ∆中,1PO OB ==,90POB ∠=︒, 所以22112PB =+=,同理2PC =,所以PB PC BC ==,在三棱锥P ABC -中,将侧面BCP 绕PB 旋转至平面BC P ',使之与平面ABP 共面,如图所示,当O ,E ,C '共线时,CE OE +取得最小值, 又因为OP OB =,C P C B '=',所以OC '垂直平分PB ,即E 为PB 中点. 从而2626OC OE EC +'=+'=+=. 亦即CE OE +的最小值为:26+.4.(2014•四川)在如图所示的多面体中,四边形11ABB A 和11ACC A 都为矩形 (Ⅰ)若AC BC ⊥,证明:直线BC ⊥平面11ACC A ;(Ⅱ)设D 、E 分别是线段BC 、1CC 的中点,在线段AB 上是否存在一点M ,使直线//DE 平面1A MC ?请证明你的结论.(Ⅰ)证明:四边形11ABB A 和11ACC A 都为矩形,1AA AB ∴⊥,1AA AC ⊥,AB AC A =,1AA ∴⊥平面ABC ,BC ⊂平面ABC ,1AA BC ∴⊥,AC BC ⊥,1AA AC A =,∴直线BC ⊥平面11ACC A ;(Ⅱ)解:取AB 的中点M ,连接1A M ,MC ,1A C ,1AC ,设O 为1A C ,1AC 的交点,则O 为1AC 的中点.连接MD ,OE ,则//MD AC ,12MD AC =,//OE AC ,12OE AC =, //MD OE ∴,MD OE =,连接OM ,则四边形MDEO 为平行四边形,//DE MO ∴,DE ⊂/平面1A MC ,MO ⊂平面1A MC ,//DE ∴平面1A MC ,∴线段AB 上存在一点M (线段AB 的中点),使直线//DE 平面1A MC .5.(2014•福建)如图,三棱锥A BCD -中,AB ⊥平面BCD ,CD BD ⊥. (Ⅰ)求证:CD ⊥平面ABD ;(Ⅱ)若1AB BD CD ===,M 为AD 中点,求三棱锥A MBC -的体积.(Ⅰ)证明:AB ⊥平面BCD ,CD ⊂平面BCD ,AB CD ∴⊥,CD BD ⊥,AB BD B =, CD ∴⊥平面ABD ;(Ⅱ)解:AB ⊥平面BCD ,BD ⊂平面BCD ,AB BD ∴⊥. 1AB BD ==,12ABD S ∆∴=,M 为AD 中点,1124ABM ABD S S ∆∆∴==,CD ⊥平面ABD ,11312A MBC C ABM ABM V V S CD --∆∴===.6.(2014•广东)如图1,四边形ABCD 为矩形,PD ⊥平面ABCD ,1AB =,2BC PC ==作如图2折叠;折痕//EF DC ,其中点E ,F 分别在线段PD ,PC 上,沿EF 折叠后点P 叠在线段AD 上的点记为M ,并且MF CF ⊥. (1)证明:CF ⊥平面MDF ; (2)求三棱锥M CDE -的体积.解:(1)证明:PD ⊥平面ABCD ,PD ⊂平面PCD ,∴平面PCD ⊥平面ABCD ;又平面PCD⋂平面ABCD CD =,MD ⊂平面ABCD ,MD CD ⊥,MD ∴⊥平面PCD ,CF ⊂平面PCD ,CF MD ∴⊥;又CF MF ⊥,MD 、MF ⊂平面MDF ,MDM F M =,CF ∴⊥平面MDF ;(2)CF ⊥平面MDF ,CF DF ∴⊥, 又Rt PCD ∆中,1DC =,2PC =,30P ∴∠=︒,60PCD ∠=︒, 30CDF ∴∠=︒,1122CF CD ==;//EF DC ,∴DE CFDP CP =1223=, 3DE ∴=33PE ∴=132CDE S CD DE ∆∴==; 22223336()()44MD ME DE =--, 1136233M CDE CDE V S MD -∆∴==⨯=7.(2014•新课标Ⅰ)如图,三棱柱111ABC A B C -中,侧面11BB C C 为菱形,1B C 的中点为O ,且AO ⊥平面11BB C C . (1)证明:1B C AB ⊥;(2)若1AC AB ⊥,160CBB ∠=︒,1BC =,求三棱柱111ABC A B C -的高.(1)证明:连接1BC ,则O 为1B C 与1BC 的交点, 侧面11BB C C 为菱形,11BC B C ∴⊥,AO ⊥平面11BB C C ,1AO B C ∴⊥,1AOBC O =,1B C ∴⊥平面ABO ,AB ⊂平面ABO ,1B C AB ∴⊥;(2)解:作OD BC ⊥,垂足为D ,连接AD ,作OH AD ⊥,垂足为H ,BC AO ⊥,BC OD ⊥,AO OD O =, BC ∴⊥平面AOD , OH BC ∴⊥, OH AD ⊥,BC AD D =,OH ∴⊥平面ABC ,160CBB ∠=︒, 1CBB ∴∆为等边三角形,1BC =,3OD ∴=1AC AB ⊥,11122OA B C ∴==, 由OH AD OD OA =,可得227AD OD OA =+21OH ∴, O 为1B C 的中点,1B ∴到平面ABC 的距离为217, ∴三棱柱111ABC A B C -的高217.8.(2014•山东)如图,四棱锥P ABCD -中,AP ⊥平面PCD ,//AD BC ,12AB BC AD ==,E ,F 分别为线段AD ,PC 的中点.(Ⅰ)求证://AP 平面BEF ; (Ⅱ)求证:BE ⊥平面PAC .证明:(Ⅰ)连接CE ,则//AD BC ,12BC AD =,E 为线段AD 的中点,∴四边形ABCE 是平行四边形,BCDE 是平行四边形, 设ACBE O =,连接OF ,则O 是AC 的中点,F 为线段PC 的中点,//PA OF ∴,PA ⊂/平面BEF ,OF ⊂平面BEF ,//AP ∴平面BEF ;(Ⅱ)BCDE 是平行四边形,//BE CD ∴,AP ⊥平面PCD ,CD ⊂平面PCD ,AP CD ∴⊥,BE AP ∴⊥,AB BC =,四边形ABCE 是平行四边形,∴四边形ABCE 是菱形,BE AC ∴⊥, APAC A =,BE ∴⊥平面PAC .9.(2013•安徽)如图,四棱锥P ABCD -的底面ABCD 是边长为2的菱形,60BAD ∠=︒.已知2PB PD ==,6PA =. (Ⅰ)证明:BD ⊥面PAC(Ⅱ)若E 为PA 的中点,求三菱锥P BCE -的体积.(Ⅰ)证明:连接BD ,AC 交于O 点,PB PD =,PO BD ∴⊥,又ABCD 是菱形,BD AC ∴⊥,PO ⊂平面PAC ,AC ⊂平面PAC ,ACPO O =,BD ∴⊥平面PAC .(Ⅱ)则23AC =ABD ∆和PBD ∆的三边长均为2, ABD PBD ∴∆≅∆,3AO PO ∴==,222AO PO PA ∴+=,AC PO ∴⊥,132PAC S AC PO ∆==, 11111131223232P BCEB PEC B PAC PAC V V V S BO ---∆====⨯⨯⨯=.10.(2013•重庆)如图,四棱锥P ABCD -中,PA ⊥底面ABCD ,23PA =,2BC CD ==,3ACB ACD π∠=∠=.(Ⅰ)求证:BD ⊥平面PAC ;(Ⅱ)若侧棱PC 上的点F 满足7PF FC =,求三棱锥P BDF -的体积.解:(Ⅰ)2BC CD ==,BCD ∴∆为等腰三角形,再由3ACB ACD π∠=∠=,BD AC ∴⊥.再由PA ⊥底面ABCD ,可得PA BD ⊥. 而PAAC A =,故BD ⊥平面PAC .(Ⅱ)侧棱PC 上的点F 满足7PF FC =,∴三棱锥F BCD -的高是三棱锥P BCD -的高的18.BCD ∆的面积112sin 22sin3223BCD S BC CD BCD π∆=∠=⨯⨯⨯=. ∴三棱锥P BDF -的体积1117133883P BCD F BCD BCDBCD BCD V V V S PA S PA S PA --∆∆∆=-=-=⨯77323244=⨯⨯=. 11.(2013•新课标Ⅰ)如图,三棱柱111ABC A B C -中,CA CB =,1AB AA =,160BAA ∠=︒ (Ⅰ)证明:1AB AC ⊥; (Ⅱ)若2AB CB ==,16AC =,求三棱柱111ABC A B C -的体积.(Ⅰ)证明:如图, 取AB 的中点O ,连结OC ,1OA ,1A B .因为CA CB =,所以OC AB ⊥.由于1AB AA =,160BAA ∠=︒,故△1AA B 为等边三角形, 所以1OA AB ⊥. 因为1OCOA O =,所以AB ⊥平面1OAC . 又1A C ⊂平面1OAC ,故1AB AC ⊥; (Ⅱ)解:由题设知ABC ∆与△1AA B 都是边长为2的等边三角形, 所以13OC OA ==又16AC =22211A COC OA =+,故1OA OC ⊥. 因为OCAB O =,所以1OA ⊥平面ABC ,1OA 为三棱柱111ABC A B C -的高.又ABC ∆的面积3ABC S ∆=111ABC A B C -的体积1333ABC V S OA ∆=⨯==.12.(2019•新课标Ⅲ)图1是由矩形ADEB ,Rt ABC ∆和菱形BFGC 组成的一个平面图形,其中1AB =,2BE BF ==,60FBC ∠=︒.将其沿AB ,BC 折起使得BE 与BF 重合,连结DG ,如图2.(1)证明:图2中的A ,C ,G ,D 四点共面,且平面ABC ⊥平面BCGE ;(2)求图2中的四边形ACGD 的面积.解:(1)证明:由已知可得//AD BE ,//CG BE ,即有//AD CG , 则AD ,CG 确定一个平面,从而A ,C ,G ,D 四点共面;由四边形ABED 为矩形,可得AB BE ⊥, 由ABC ∆为直角三角形,可得AB BC ⊥, 又BCBE B =,可得AB ⊥平面BCGE ,AB ⊂平面ABC ,可得平面ABC ⊥平面BCGE ;(2)连接BG ,AG ,由AB ⊥平面BCGE ,可得AB BG ⊥,在BCG ∆中,2BC CG ==,120BCG ∠=︒,可得2sin 6023BG BC =︒= 可得2213AG AB BG =+在ACG ∆中,5AC ,2CG =,13AG =, 可得cos 2255ACG ∠=⨯⨯sin 5ACG ∠=,则平行四边形ACGD 的面积为2545=.13.(2018•江苏)在平行六面体1111ABCD A B C D -中,1AA AB =,111AB B C ⊥. 求证:(1)//AB 平面11A B C ; (2)平面11ABB A ⊥平面1A BC .证明:(1)平行六面体1111ABCD A B C D -中,11//AB A B ,11//AB A B ,AB ⊂/平面11A B C ,11//A B ⊂平面11//A B C AB ⇒平面11A B C ;(2)在平行六面体1111ABCD A B C D -中,1AA AB =,⇒四边形11ABB A 是菱形,11AB A B ⊥⊥.在平行六面体1111ABCD A B C D -中,1AA AB =,1111AB B C AB BC ⊥⇒⊥.∴1111111,,AB A B AB BC A B BC BA B A BC BC A BC⊥⊥⎧⎪=⎨⎪⊂⊂⎩面面 1AB ⇒⊥面1A BC,且1AB ⊂平面11ABB A ⇒平面11ABB A ⊥平面1A BC .14.(2018•新课标Ⅲ)如图,矩形ABCD 所在平面与半圆弧CD 所在平面垂直,M 是CD 上异于C ,D 的点.(1)证明:平面AMD ⊥平面BMC ;(2)在线段AM 上是否存在点P ,使得//MC 平面PBD ?说明理由.(1)证明:矩形ABCD 所在平面与半圆弦CD 所在平面垂直,所以AD ⊥半圆弦CD 所在平面,CM ⊂半圆弦CD 所在平面,CM AD ∴⊥,M 是CD 上异于C ,D 的点.CM DM ∴⊥,DMAD D =,CM ∴⊥平面AMD ,CM ⊂平面CMB ,∴平面AMD ⊥平面BMC ;(2)解:存在P 是AM 的中点,理由:连接BD 交AC 于O ,取AM 的中点P ,连接OP ,可得//MC OP ,MC ⊂/平面BDP ,OP ⊂平面BDP ,所以//MC 平面PBD .15.(2018•新课标Ⅰ)如图,在平行四边形ABCM 中,3AB AC ==,90ACM ∠=︒,以AC 为折痕将ACM ∆折起,使点M 到达点D 的位置,且AB DA ⊥.(1)证明:平面ACD ⊥平面ABC ;(2)Q 为线段AD 上一点,P 为线段BC 上一点,且23BP DQ DA ==,求三棱锥Q ABP -的体积.解:(1)证明:在平行四边形ABCM 中,90ACM ∠=︒,AB AC ∴⊥,又AB DA ⊥.且AD AC A =,AB ∴⊥面ADC ,AB ⊂面ABC ,∴平面ACD ⊥平面ABC ;(2)3AB AC ==,90ACM ∠=︒,32AD AM ∴==, 2223BP DQ DA ∴===, 由(1)得DC AB ⊥,又DC CA ⊥,DC ∴⊥面ABC ,∴三棱锥Q ABP -的体积1133ABP V S DC ∆=⨯ 121121133313333323ABC S DC ∆=⨯⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=. 16.(2017•新课标Ⅰ)如图,在四棱锥P ABCD -中,//AB CD ,且90BAP CDP ∠=∠=︒.(1)证明:平面PAB ⊥平面PAD ;(2)若PA PD AB DC ===,90APD ∠=︒,且四棱锥P ABCD -的体积为83,求该四棱锥的侧面积.证明:(1)在四棱锥P ABCD -中,90BAP CDP ∠=∠=︒,AB PA ∴⊥,CD PD ⊥,又//AB CD ,AB PD ∴⊥,PA PD P =,AB ∴⊥平面PAD ,AB ⊂平面PAB ,∴平面PAB ⊥平面PAD .解:(2)设PA PD AB DC a ====,取AD 中点O ,连结PO ,PA PD AB DC ===,90APD ∠=︒,平面PAB ⊥平面PAD ,PO ∴⊥底面ABCD ,且222AD a a a +,2PO =, 四棱锥P ABCD -的体积为83, 由AB ⊥平面PAD ,得AB AD ⊥,13P ABCD ABCD V S PO -∴=⨯⨯四边形31121823333AB AD PO a a a a =⨯⨯⨯=⨯⨯⨯==, 解得2a =,2PA PD AB DC ∴====,22AD BC ==,2PO =, 4422PB PC ∴==+=,∴该四棱锥的侧面积:PAD PAB PDC PBC S S S S S ∆∆∆∆=+++侧221111()22222BC PA PD PA AB PD DC BC PB =⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯- 111122222222822222=⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯- 623=+.。

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