2019届高考数学(文科)江苏版1轮复习练习：第8章 平面解析几何 4 第4讲 分层演练直击高考 含解析
2019届高考数学(文科)江苏版1轮复习练习：第8章 平面解析几何 5 第5讲 分层演练直击高考
1．已知方程x 22－k ＋y 22k －1＝1表示焦点在y 轴上的椭圆，则实数k 的取值范围是________．[解析] 因为方程x 22－k ＋y22k －1＝1表示焦点在y 轴上的椭圆，则由⎩⎪⎨⎪⎧2－k >0，2k －1>0，2k －1>2－k 得⎩⎪⎨⎪⎧k <2，k >12，k >1，故k 的取值范围为(1，2)． [答案] (1，2)2．中心在坐标原点的椭圆，焦点在x 轴上，焦距为4，离心率为22，则该椭圆的方程为________．[解析] 依题意，2c ＝4，c ＝2，又e ＝c a ＝22，则a ＝22，b ＝2，所以椭圆的标准方程为x 28＋y 24＝1. [答案] x 28＋y 24＝13．已知点M (3，0)，椭圆x 24＋y 2＝1与直线y ＝k (x ＋3)交于点A ，B ，则△ABM 的周长为________．[解析] M (3，0)与F (－3，0)是椭圆的焦点，则直线AB 过椭圆左焦点F (－3，0)，且AB ＝AF ＋BF ，△ABM 的周长等于AB ＋AM ＋BM ＝(AF ＋AM )＋(BF ＋BM )＝4a ＝8.[答案] 84．“m ＞n ＞0”是“方程mx 2＋ny 2＝1表示焦点在y 轴上的椭圆”的________条件． [解析] 把椭圆方程化成x 21m ＋y 21n ＝1.若m ＞n ＞0，则1n ＞1m ＞0.所以椭圆的焦点在y 轴上．反之，若椭圆的焦点在y 轴上，则1n ＞1m＞0即有m ＞n ＞0.故为充要条件．[答案] 充要5．如图，椭圆x 2a 2＋y 22＝1的左、右焦点分别为F 1，F 2，P 点在椭圆上，若 PF 1＝4，∠F 1PF 2＝120°，则a 的值为________．[解析] b 2＝2，c ＝a 2－2，故F 1F 2＝2a 2－2，又PF 1＝4，PF 1＋PF 2＝2a ，PF 2＝2a －4，由余弦定理得cos 120°＝42＋（2a －4）2－（2a 2－2）22×4×（2a －4）＝－12，化简得8a ＝24，即a＝3.[答案] 36．若一个椭圆长轴的长度、短轴的长度和焦距依次成等差数列，则该椭圆的离心率为________．[解析] 由题意知2a ＋2c ＝2(2b )，即a ＋c ＝2b ，又c 2＝a 2－b 2，消去b 整理得5c 2＝3a 2－2ac ，即5e 2＋2e －3＝0，所以e ＝35或e ＝－1(舍去)．[答案] 357．已知P 是以F 1，F 2为焦点的椭圆x 2a 2＋y 2b 2＝1(a >b >0)上的一点，若PF 1→·PF 2→＝0，tan∠PF 1F 2＝12，则此椭圆的离心率为________．[解析] 因为PF 1→·PF 2→＝0，所以PF 1→⊥PF 2→，所以PF 1＋PF 2＝655c ＝2a ，所以e ＝c a ＝53.[答案]538．已知圆C 1：x 2＋2cx ＋y 2＝0，圆C 2：x 2－2cx ＋y 2＝0，椭圆C ：x 2a 2＋y 2b 2＝1(a >b >0)，若圆C 1，C 2都在椭圆内，则椭圆离心率的取值范围是________．[解析] 圆C 1，C 2都在椭圆内等价于圆C 2的右顶点(2c ，0)，上顶点(c ，c )在椭圆内部， 所以只需⎩⎪⎨⎪⎧2c <a ，c 2a 2＋c 2b 2<1⇒0<c a <12.即椭圆离心率的取值范围是⎝⎛⎭⎫0，12. [答案] ⎝⎛⎭⎫0，12 9．(2018·无锡调研)过椭圆x 25＋y 24＝1的右焦点作一条斜率为2的直线与椭圆交于A ，B两点，O 为坐标原点，则△OAB 的面积为________．[解析] 由题意知椭圆的右焦点F 的坐标为(1，0)，则直线AB 的方程为y ＝2x －2.联立⎩⎪⎨⎪⎧x 25＋y 24＝1，y ＝2x －2，解得交点A (0，－2)，B ⎝⎛⎭⎫53，43，所以S △OAB ＝12·OF ·|y A －y B |＝12×1×⎪⎪⎪⎪－2－43＝53.[答案] 5310．椭圆Γ：x 2a 2＋y 2b 2＝1(a >b >0)的左、右焦点分别为F 1，F 2，焦距为2c ，若直线y ＝3(x＋c )与椭圆Γ的一个交点M 满足∠MF 1F 2＝2∠MF 2F 1，则该椭圆的离心率等于________．[解析] 直线y ＝3(x ＋c )过点F 1，且倾斜角为60°，所以∠MF 1F 2＝60°，从而∠MF 2F 1＝30°，所以MF 1⊥MF 2.在Rt △MF 1F 2中，MF 1＝c ，MF 2＝3c ，所以该椭圆的离心率e ＝2c 2a ＝2cc ＋3c ＝3－1.[答案] 3－111.如图，在平面直角坐标系xOy 中，椭圆C ：x 2a 2＋y 2b 2＝1(a ＞b ＞0)的离心率为32，以原点为圆心，椭圆C 的短半轴长为半径的圆与直线x －y ＋2＝0相切．(1)求椭圆C 的方程；(2)已知点P (0，1)，Q (0，2)．设M 、N 是椭圆C 上关于y 轴对称的不同两点，直线PM 与QN 相交于点T ，求证：点T 在椭圆C 上．[解] (1)由题意知b ＝22＝ 2. 因为离心率e ＝c a ＝32，所以ba ＝1－⎝⎛⎭⎫c a 2＝12.所以a ＝2 2.所以椭圆C 的方程为x 28＋y 22＝1.(2)证明：由题意可设M ，N 的坐标分别为(x 0，y 0)，(－x 0，y 0)，则直线PM 的方程为y ＝y 0－1x 0x ＋1，①直线QN 的方程为y ＝y 0－2－x 0x ＋2.②设T (x ，y )．联立①②解得x 0＝x2y －3， y 0＝3y －42y －3.因为x 208＋y 202＝1，所以18⎝⎛⎭⎫x 2y －32＋12⎝ ⎛⎭⎪⎫3y －42y －32＝1.整理得x 28＋（3y －4）22＝(2y －3)2，所以x 28＋9y 22－12y ＋8＝4y 2－12y ＋9，即x 28＋y 22＝1.所以点T 坐标满足椭圆C 的方程，即点T 在椭圆C 上．12．(2018·江苏省重点中学领航高考冲刺卷(二))在平面直角坐标系xOy 中，已知椭圆C ：x 2a 2＋y 2b 2＝1(a >b >0)的离心率为e ＝22，右顶点到右准线的距离为2－ 2. (1)求椭圆C 的方程；(2)如图，若直线y ＝k 1x (k 1>0)与椭圆C 在第一象限的交点为A ，y ＝k 2x (k 2<0)与椭圆C 在第二象限的交点为B ，且OA 2＋OB 2＝3.①证明：k 1k 2为定值；②若点P 满足OP →＝2OA →，直线BP 与椭圆交于点Q ，设BP →＝mBQ →，求m 的值． [解] (1)设椭圆C 的半焦距为c ， 则由题意可知，⎩⎨⎧e ＝22＝caa2c －a ＝2－2，解得⎩⎨⎧a ＝2c ＝1，所以b 2＝a 2－c 2＝1，所以椭圆C 的方程为x 22＋y 2＝1.(2)①证明：设A (x 1，y 1)，B (x 2，y 2)，由⎩⎪⎨⎪⎧y ＝k 1xx 2＋2y 2＝2， 解得x 21＝21＋2k 21，y 21＝2k 211＋2k 21， 所以OA 2＝2（1＋k 21）1＋2k 21，同理OB 2＝2（1＋k 22）1＋2k 22， 从而3＝OA 2＋OB 2＝2⎝ ⎛⎭⎪⎫1＋k 211＋2k 21＋1＋k 221＋2k 22，整理得4k 21k 22＝1.由于k 1>0，k 2<0，故k 1k 2＝－12.②设Q (x 3，y 3)，由OP →＝2OA →得P (2x 1，2y 1)，又由BP →＝mBQ →，得(2x 1－x 2，2y 1－y 2)＝m (x 3－x 2，y 3－y 2)， 即⎩⎨⎧x 3＝2m x 1＋m －1mx 2y 3＝2m y 1＋m －1m y2.由点Q 在椭圆上得⎝⎛⎭⎫2m x 1＋m －1m x 222＋⎝⎛⎭⎫2my 1＋m －1m y 22＝1，整理得⎝⎛⎭⎫2m 2⎝⎛⎭⎫x 212＋y 21＋⎝⎛⎭⎫m －1m 2⎝⎛⎭⎫x 222＋y 22＋2·m －1m ·2m⎝⎛⎭⎫x 1x 22＋y 1y 2＝1，(*) 由①得y 1y 2x 1x 2＝－12，即x 1x 22＋y 1y 2＝0，而A ，B 在椭圆上，故x 212＋y 21＝1，x 222＋y 22＝1， 代入(*)式得4m 2＋（m －1）2m 2＝1，解得m ＝52.1．已知P 为椭圆x 225＋y 216＝1上的一点，M ，N 分别为圆(x ＋3)2＋y 2＝1和圆(x －3)2＋y 2＝4上的点，则PM ＋PN 的最小值为________．[解析] 由题意知椭圆的两个焦点F 1，F 2分别是两圆的圆心，且PF 1＋PF 2＝10，从而PM ＋PN 的最小值为PF 1＋PF 2－1－2＝7.[答案] 72.如图，椭圆的中心在坐标原点O ，顶点分别是A1，A 2，B 1，B 2，焦点分别为F 1，F 2，延长B 1F 2与A 2B 2交于P 点，若∠B 1P A 2为钝角，则此椭圆的离心率的取值范围为________．[解析] 设椭圆的方程为x 2a 2＋y 2b 2＝1(a >b >0)，∠B 1P A 2为钝角可转化为B 2A 2→，F 2B 1→所夹的角为钝角，则(a ，－b )·(－c ，－b )<0，得b 2<ac ，即a 2－c 2<ac ，故⎝⎛⎭⎫c a 2＋c a －1>0即e 2＋e －1>0，e >5－12或e <－5－12，又0<e <1，所以5－12<e <1. [答案] ⎝⎛⎭⎪⎫5－12，13．以椭圆上任意一点与焦点所连结的线段为直径的圆与以长轴为直径的圆的位置关系是________．[解析] 如图，设线段是PF 1，O 1是线段PF 1的中点，连结O 1O ，PF 2，其中O 是椭圆的中心，F 2是椭圆的另一个焦点，则在△PF 1F 2中，由三角形中位线定理可知，两圆的连心线的长是OO 1＝12PF 2＝12(2a －PF 1)＝a －12PF 1＝R －r ，故两圆内切．[答案] 内切4．设e 1，e 2分别为具有公共焦点F 1与F 2的椭圆和双曲线的离心率，P 为两曲线的一个公共点，且满足PF →1·PF →2＝0，则e 21＋e 22（e 1e 2）2的值为________．[解析] 设椭圆的长半轴长为a 1，双曲线的实半轴长为a 2，F 1F 2＝2c ，P 为第一象限的交点，由题意得PF 1＋PF 2＝2a 1，PF 1－PF 2＝2a 2，所以PF 21＋PF 22＝2a 21＋2a 22.又因为PF →1·PF →2＝0，所以PF 1⊥PF 2.所以PF 21＋PF 22＝F 1F 22，即2a 21＋2a 22＝4c 2.所以⎝⎛⎭⎫a 1c 2＋⎝⎛⎭⎫a 2c 2＝2，即1e 21＋1e 22＝2，即e 21＋e 22（e 1e 2）2＝2. [答案] 25.(2018·南京学情调研)已知椭圆x 2a 2＋y 2b 2＝1(a >b >0)的离心率e ＝22，一条准线方程为x ＝2.过椭圆的上顶点A 作一条与x 轴、y 轴都不垂直的直线交椭圆于另一点P ，P 关于x 轴的对称点为Q .(1)求椭圆的方程；(2)若直线AP ，AQ 与x 轴交点的横坐标分别为m ，n ，求证：mn 为常数，并求出此常数．[解] (1)因为c a ＝22，a 2c＝2，所以a ＝2，c ＝1，所以b ＝a 2－c 2＝1. 故椭圆的方程为x 22＋y 2＝1.(2)法一：设P 点坐标为(x 1，y 1)，则Q 点坐标为(x 1，－y 1)． 因为k AP ＝y 1－1x 1－0＝y 1－1x 1，所以直线AP 的方程为y ＝y 1－1x 1x ＋1.令y ＝0，解得m ＝－x 1y 1－1.因为k AQ ＝－y 1－1x 1－0＝－y 1＋1x 1，所以直线AQ 的方程为y ＝－y 1＋1x 1x ＋1.令y ＝0，解得n ＝x 1y 1＋1.所以mn ＝－x 1y 1－1×x 1y 1＋1＝x 211－y 21.又因为(x 1，y 1)在椭圆x 22＋y 2＝1上，所以x 212＋y 21＝1，即1－y 21＝x 212，所以x 211－y 21＝2，即mn ＝2.所以mn 为常数，且常数为2.法二：设直线AP 的斜率为k (k ≠0)，则AP 的方程为y ＝kx ＋1，令y ＝0，得m ＝－1k .联立方程组⎩⎪⎨⎪⎧y ＝kx ＋1，x 22＋y 2＝1， 消去y ，得(1＋2k 2)x 2＋4kx ＝0，解得x A ＝0，x P ＝－4k1＋2k 2，所以y P ＝k ×x P ＋1＝1－2k 21＋2k 2，则Q 点的坐标为⎝ ⎛⎭⎪⎫－4k 1＋2k 2，－1－2k 21＋2k 2. 所以k AQ ＝－1－2k 21＋2k 2－1－4k 1＋2k 2＝12k ，故直线AQ 的方程为y ＝12k x ＋1.令y ＝0，得n ＝－2k ， 所以mn ＝⎝⎛⎭⎫－1k ×(－2k )＝2. 所以mn 为常数，常数为2.6．(2018·常州市高三教育学会学业水平监测)已知圆C ：(x －t )2＋y 2＝20(t ＜0)与椭圆E ：x 2a 2＋y 2b 2＝1(a ＞b ＞0)的一个公共点为B (0，－2)，F (c ，0)为椭圆E 的右焦点，直线BF 与圆C 相切于点B .(1)求t 的值以及椭圆E 的方程；(2)过点F 任作与坐标轴都不垂直的直线l 与椭圆交于M ，N 两点，在x 轴上是否存在一定点P ，使PF 恰为∠MPN 的平分线？解：(1)由题意知，b ＝2，因为C (t ，0)，B (0，－2)，所以BC ＝t 2＋4＝20，所以t ＝±4， 因为t ＜0，所以t ＝－4.因为BC ⊥BF ，所以c ＝1，所以a 2＝b 2＋c 2＝5， 所以椭圆E 的方程为x 25＋y 24＝1.(2)设M (x 1，y 1)，N (x 2，y 2)，l ：y ＝k (x －1)(k ≠0)，代入x 25＋y 24＝1，化简得(4＋5k 2)x 2－10k 2x＋5k 2－20＝0，所以⎩⎪⎨⎪⎧x 1＋x 2＝10k 24＋5k 2，x 1x 2＝5k 2－204＋5k2.若点P 存在，设P (m ，0)，由题意得k PM ＋k PN ＝0， 所以y 1x 1－m ＋y 2x 2－m ＝k （x 1－1）x 1－m ＋k （x 2－1）x 2－m ＝0.所以(x 1－1)(x 2－m )＋(x 2－1)(x 1－m )＝0，即2x 1x 2－(1＋m )(x 1＋x 2)＋2m ＝2·5k 2－204＋5k 2－(1＋m )10k 24＋5k 2＋2m ＝0.所以8m －40＝0，所以m ＝5，即在x 轴上存在一定点P (5，0)，使PF 恰为∠MPN 的平分线．。
2019届高考数学(文科)江苏版1轮复习练习：第8章 平面解析几何 8 第8讲 分层演练直击高考
1．(2018·镇江调研)已知点A (0，2)及椭圆x 24＋y 2＝1上任意一点P ，则P A 的最大值为________．[解析] 设P (x 0，y 0)，则－2≤x 0≤2，－1≤y 0≤1，所以P A 2＝x 20＋(y 0－2)2.因为x 204＋y 20＝1，所以P A 2＝4(1－y 20)＋(y 0－2)2＝－3y 20－4y 0＋8＝－3⎝⎛⎭⎫y 0＋232＋283.因为－1≤y 0≤1，而－1<－23<1，所以当y 0＝－23时，P A 2max ＝283，即P A max ＝2213. [答案]22132．设椭圆x 2m 2＋y 2m 2－1＝1(m ＞1)上一点P 到其左焦点的距离为3，到右焦点的距离为1，则P 到右准线的距离为________．[解析] 因为m 2＞m 2－1，所以m 2＝a 2，m 2－1＝b 2. 所以c 2＝1.又3＋1＝2a ⇒a ＝2， 所以dP －l 右＝1e ＝ac ＝2.[答案] 23．已知双曲线x 2a 2－y 2b 2＝1(a >0，b >0)的一条渐近线方程是y ＝3x ，它的一个焦点在抛物线y 2＝24x 的准线上，则双曲线的方程为________．[解析] 因为一条渐近线方程是y ＝3x ，所以ba ＝ 3.①因为双曲线的一个焦点在y 2＝24x 的准线上， 所以c ＝6.② 又c 2＝a 2＋b 2，③由①②③知，a 2＝9，b 2＝27，此双曲线方程为x 29－y 227＝1.[答案] x 29－y 227＝14．已知圆C ：x 2＋y 2＋6x ＋8y ＋21＝0，抛物线y 2＝8x 的准线为l ，设抛物线上任意一点P 到直线l 的距离为m ，则m ＋PC 的最小值为________．[解析] 由题意得圆C 的方程为(x ＋3)2＋(y ＋4)2＝4，圆心C 的坐标为(－3，－4)．由抛物线定义知，当m ＋PC 最小时，为圆心与抛物线焦点间的距离，即m ＋PC ＝（－3－2）2＋（－4）2＝41. [答案] 415．(2018·南通质量检测)若F (c ，0)是双曲线x 2a 2－y 2b 2＝1(a >b >0)的右焦点，过F 作该双曲线一条渐近线的垂线与两条渐近线交于A ，B 两点，O 为坐标原点，△OAB 的面积为12a 27，则该双曲线的离心率e ＝________．[解析] 设过第一、三象限的渐近线的倾斜角为θ，则tan θ＝b a ，tan 2θ＝2aba 2－b 2，因此△OAB 的面积可以表示为12·a ·a tan 2θ＝a 3b a 2－b2＝12a 27，解得b a ＝34，则e ＝54.[答案] 546．若直线y ＝kx 交椭圆x 24＋y 2＝1于A 、B 两点，且AB ≥10，则k 的取值范围为________．[解析] 由⎩⎪⎨⎪⎧y ＝kx ，x 24＋y 2＝1得x 2＝44k 2＋1.不妨设⎩⎪⎨⎪⎧x A ＝24k 2＋1，y A ＝2k4k 2＋1，⎩⎪⎨⎪⎧x B ＝－24k 2＋1，y B＝－2k4k 2＋1.由两点间距离公式得AB 2＝16（1＋k 2）4k 2＋1≥10， 解得k 2≤14.所以k 的取值范围为－12≤k ≤12.[答案] ⎣⎡⎦⎤－12，127．过抛物线y 2＝2px (p ＞0)的焦点F ，斜率为43的直线交抛物线于A ，B 两点，若AF →＝λFB→(λ＞1)，则λ的值为________．[解析] 根据题意设A (x 1，y 1)，B (x 2，y 2)，由AF →＝λFB →，得⎝⎛⎭⎫p 2－x 1，－y 1＝λ⎝⎛⎭⎫x 2－p 2，y 2，故－y 1＝λy 2，即λ＝－y 1y 2.设直线AB 的方程为y ＝43⎝⎛⎭⎫x －p 2，联立直线与抛物线方程，消元得y 2－32py －p 2＝0.故y 1＋y 2＝32p ，y 1·y 2＝－p 2，（y 1＋y 2）2y 1·y 2＝y 1y 2＋y 2y 1＋2＝－94，即－λ－1λ＋2＝－94.又λ＞1，故λ＝4.[答案] 48．(2018·湖北省华中师大附中月考)已知F 为抛物线y 2＝2px (p >0)的焦点，抛物线的准线与双曲线x 2a 2－y 2b 2＝1(a >0，b >0)的两条渐近线分别交于A 、B 两点．若△AFB 为直角三角形，则双曲线的离心率为________．[解析] 设AB 与x 轴交点为M ，由△AFB 为直角三角形，则它为等腰直角三角形，因此有MA ＝MB ＝MF ，抛物线的准线方程为x ＝－p 2，把x ＝－p 2代入双曲线的渐近线方程y ＝±ba x ，得A ，B 的纵坐标为±bp 2a ，因此有bp2a＝p ，所以b ＝2a ，c ＝a 2＋b 2＝5a ，因此e ＝ca＝ 5.[答案] 59．(2018·无锡调研)设F 1、F 2分别是椭圆x 2a 2＋y 2b 2＝1(a >b >0)的左、右两个焦点，若在其右准线上存在点P ，使线段PF 1的中垂线过点F 2，则该椭圆的离心率的取值范围是________．[解析] 如图，设右准线与x 轴的交点为H ，则PF 2≥HF 2.又因为F 1F 2＝PF 2，所以F 1F 2≥HF 2，即2c ≥a 2c －c ，所以3c 2≥a 2.所以e 2≥13，即e ≥33.又因为e <1，所以e ∈⎣⎡⎭⎫33，1.[答案] ⎣⎡⎭⎫33，110．已知双曲线C ：x 24－y 25＝1的右焦点为F ，过F 的直线l 与C 交于A ，B 两点，若AB ＝5，则满足条件的l 的条数为________．[解析] 因为a 2＝4，b 2＝5，c 2＝9，所以F (3，0)，若A ，B 都在右支上，当AB 垂直于x 轴时，将x ＝3代入x 24－y 25＝1得y ＝±52，所以AB ＝5，满足题意；若A ，B 分别在两支上，因为a ＝2，所以两顶点的距离为2＋2＝4<5，所以满足|AB |＝5的直线有2条，且关于x 轴对称．综上，一共有3条．[答案] 311．(2018·东北三校联合模拟)已知圆M ：x 2＋(y －2)2＝1，直线l ：y ＝－1，动圆P 与圆M 相外切，且与直线l 相切．设动圆圆心P 的轨迹为E .(1)求E 的方程；(2)若点A ，B 是E 上的两个动点，O 为坐标原点，且OA →·OB →＝－16，求证：直线AB 恒过定点．[解] (1)设P (x ，y )，则x 2＋（y －2）2＝(y ＋1)＋1⇒x 2＝8y .所以E 的方程为x 2＝8y .(2)证明：易知直线AB 的斜率存在，设直线AB ：y ＝kx ＋b ，A (x 1，y 1)，B (x 2，y 2)． 将直线AB 的方程代入x 2＝8y 中，得x 2－8kx －8b ＝0， 所以x 1＋x 2＝8k ，x 1x 2＝－8b .OA →·OB →＝x 1x 2＋y 1y 2＝x 1x 2＋x 21x 2264＝－8b ＋b 2＝－16⇒b ＝4，所以直线AB 恒过定点(0，4)．12．(2018·南京调研测试)已知椭圆C ：y 2a 2＋x 2b 2＝1(a ＞b ＞0)的焦距为4且过点(2，－2)．(1)求椭圆C 的方程；(2)过椭圆焦点的直线l 与椭圆C 分别交于点E ，F ， 求OE →·OF →的取值范围．[解] (1)椭圆C ：y 2a 2＋x 2b 2＝1(a ＞b ＞0)的焦距是4，所以焦点坐标是(0，－2)，(0，2)，2a＝2＋0＋2＋（2＋2）2＝42，所以a ＝22，b ＝2，即椭圆C 的方程是y 28＋x 24＝1.(2)若直线l 垂直于x 轴，则点E (0，22)，F (0，－22)， OE →·OF →＝－8.若直线l 不垂直于x 轴，不妨设l 过该椭圆的上焦点，则l 的方程为y ＝kx ＋2，设点E (x 1，y 1)，F (x 2，y 2)，将直线l 的方程代入椭圆C 的方程得到(2＋k 2)x 2＋4kx －4＝0， 则x 1＋x 2＝－4k 2＋k 2，x 1x 2＝－42＋k 2，所以OE →·OF →＝x 1x 2＋y 1y 2＝(1＋k 2)x 1x 2＋2k (x 1＋x 2)＋4＝－4－4k 22＋k 2＋－8k 22＋k 2＋4＝202＋k 2－8，因为0＜202＋k 2≤10，所以－8＜OE →·OF →≤2，所以OE →·OF →的取值范围是[－8，2]．1．已知双曲线的两条渐近线均和圆C ：(x －1)2＋y 2＝15相切，且双曲线的右焦点为抛物线y 2＝45x 的焦点，则该双曲线的标准方程为________．[解析] 由题意可知双曲线的c ＝ 5.设双曲线x 2a 2－y 2b 2＝1(a >0，b >0)的一条渐近线方程为kx －y ＝0，根据圆心(1，0)到该直线的距离为半径15，得k 2＝14，即b 2a 2＝14.又a 2＋b 2＝(5)2，则a 2＝4，b 2＝1，所以所求双曲线的标准方程为x 24－y 2＝1.[答案] x 24－y 2＝12．已知椭圆方程为x 216＋y 212＝1，若M 为右准线上一点，A 为椭圆的左顶点，连结AM交椭圆于点P ，则PMAP的取值范围是________．[解析] 设P 点横坐标为x 0，则PM AP ＝8－x 0x 0＋4＝12x 0＋4－1，因为－4<x 0≤4，所以PM AP ＝8－x 0x 0＋4＝12x 0＋4－1≥12.所以PM AP 的取值范围是⎣⎡⎭⎫12，＋∞. [答案] ⎣⎡⎭⎫12，＋∞3．抛物线C 1：y 2＝4mx (m >0)和椭圆x 24m 2＋y 23m2＝1的交点为P .F 1、F 2为椭圆的左、右焦点，若存在实数m ，使得△PF 1F 2的边长是连续的自然数，则m ＝________．[解析] 在△PF 1F 2中，PF 1最长，PF 2最短，F 1F 2＝2c ＝2m ，所以F 1F 2＝2m ，PF 1＝2m ＋1，PF 2＝2m －1，又因为P 在C 1上，所以P ()m －1，4m （m －1），将其代入椭圆x 24m 2＋y 23m 2＝1得m ＝3.[答案] 34.已知椭圆x 2a 2＋y 2b 2＝1(a ＞b ＞c >0，a 2＝b 2＋c 2)的左、右焦点分别为F 1，F 2，若以F 2为圆心，b －c 为半径作圆F 2，过椭圆上一点P 作此圆的切线，切点为T ，且PT 的最小值不小于32(a －c )，则椭圆的离心率的取值范围为________．[解析] 依题意切线长PT ＝PF 22－（b －c ）2，所以当且仅当PF 2取得最小值时PT 取得最小值， 而(PF 2)min ＝a －c ， 所以（a －c ）2－（b －c ）2≥32(a －c )，所以0<b －c a －c ≤12，所以⎩⎨⎧b >c ，2b <a ＋c ，所以⎩⎪⎨⎪⎧a 2－c 2>c 2，4（a 2－c 2）<a 2＋c 2＋2ac ，所以⎩⎨⎧a 2>2c 2，5c 2＋2ac －3a 2≥0，所以⎩⎪⎨⎪⎧e 2<12，5e 2＋2e －3≥0，从而解得35≤e <22，故离心率的取值范围是35≤e <22.[答案] 35≤e <225．(2018·苏州模拟)已知椭圆C ：x 2a 2＋y 2b 2＝1(a >b >0)的右焦点为F 2(2，0)，点P ⎝⎛⎭⎫1，－153在椭圆C 上．(1)求椭圆C 的标准方程；(2)是否存在斜率为－1的直线l 与椭圆C 相交于M ，N 两点，使得F 1M ＝F 1N (F 1为椭圆的左焦点)？若存在，求出直线l 的方程；若不存在，说明理由．[解] (1)法一：因为椭圆C 的右焦点为F 2(2，0)，所以c ＝2， 椭圆C 的左焦点为F 1(－2，0)．由椭圆的定义可得2a ＝（1＋2）2＋⎝⎛⎭⎫－1532＋（1－2）2＋⎝⎛⎭⎫－1532＝ 969＋ 249＝26， 解得a ＝6，所以b 2＝a 2－c 2＝6－4＝2.所以椭圆C 的标准方程为x 26＋y 22＝1.法二：因为椭圆C 的右焦点为F 2(2，0)，所以c ＝2， 故a 2－b 2＝4， 又点P ⎝⎛⎭⎫1，－153在椭圆C 上，则1a 2＋159b 2＝1，故1b 2＋4＋159b2＝1，化简得3b 4＋4b 2－20＝0，得b 2＝2，a 2＝6，所以椭圆C 的标准方程为x 26＋y 22＝1.(2)假设存在满足条件的直线l ，设直线l 的方程为y ＝－x ＋t ， 由⎩⎪⎨⎪⎧x 26＋y 22＝1y ＝－x ＋t 得x 2＋3(－x ＋t )2－6＝0， 即4x 2－6tx ＋(3t 2－6)＝0，Δ＝(－6t )2－4×4×(3t 2－6)＝96－12t 2>0，解得－22<t <2 2.设M (x 1，y 1)，N (x 2，y 2)，则x 1＋x 2＝3t2，x 1x 2＝3t 2－64，由于F 1M ＝F 1N ，设线段MN 的中点为E ，则F 1E ⊥MN ，故kF 1E ＝－1k MN ＝1，又F 1(－2，0)，E ⎝⎛⎭⎪⎫x 1＋x 22，y 1＋y 22，即E ⎝⎛⎭⎫3t 4，t 4， 所以kF 1E ＝t 43t 4＋2＝1，解得t ＝－4. 当t ＝－4时，不满足－22<t <22，所以不存在满足条件的直线l .6．(2018·江苏省重点中学领航高考冲刺卷(五))如图，在平面直角坐标系xOy 中，椭圆E ：x 2a 2＋y 2b 2＝1(a >b >0)的离心率为32，直线l ：y ＝－12x 与椭圆E 相交于A ，B 两点，AB ＝210，C ，D 是椭圆E 上异于A ，B 的两点，且直线AC ，BD 相交于点P ，直线AD ，BC 相交于点Q .(1)求椭圆E 的标准方程； (2)求证：直线PQ 的斜率为定值． [解] (1)因为e ＝c a ＝32，所以c 2＝34a 2，即a 2－b 2＝34a 2，所以a ＝2b .所以椭圆方程为x 24b 2＋y 2b2＝1.由题意知点A 在第二象限，点B 在第四象限．由⎩⎨⎧y ＝－12x ，x 24b 2＋y2b2＝1，得A ⎝⎛⎭⎫－2b ，22b . 又AB ＝210，所以OA ＝10， 即2b 2＋12b 2＝52b 2＝10，得b ＝2，a ＝4.所以椭圆E 的标准方程为x 216＋y 24＝1.(2)证明：由(1)知，椭圆E 的方程为x 216＋y 24＝1，A (－22，2)，B (22，－2)．①当直线CA ，CB ，DA ，DB 的斜率都存在，且不为零时， 设直线CA ，DA 的斜率分别为k 1，k 2，C (x 0，y 0)，显然k 1≠k 2.从而k 1·k CB ＝y 0－2x 0＋22·y 0＋2x 0－22＝y 20－2x 20－8＝4⎝⎛⎭⎫1－x 2016－2x 20－8 ＝2－x 204x 20－8＝－14，所以k CB ＝－14k 1.同理k DB ＝－14k 2.所以直线AD 的方程为y －2＝k 2(x ＋22)， 直线BC 的方程为y ＋2＝－14k 1(x －22)， 由⎩⎪⎨⎪⎧y ＋2＝－14k 1（x －22），y －2＝k 2（x ＋22），解得⎩⎨⎧x ＝22（－4k 1k 2－4k 1＋1）4k 1k 2＋1，y ＝2（－4k 1k 2＋4k 2＋1）4k 1k 2＋1.从而点Q 的坐标为⎝ ⎛⎭⎪⎫22（－4k 1k 2－4k 1＋1）4k 1k 2＋1，2（－4k 1k 2＋4k 2＋1）4k 1k 2＋1.用k 2代替k 1，k 1代替k 2得点P 的坐标为⎝ ⎛⎭⎪⎫22（－4k 1k 2－4k 2＋1）4k 1k 2＋1，2（－4k 1k 2＋4k 1＋1）4k 1k 2＋1.所以k PQ ＝2（－4k 1k 2＋4k 2＋1）4k 1k 2＋1－2（－4k 1k 2＋4k 1＋1）4k 1k 2＋122（－4k 1k 2－4k 1＋1）4k 1k 2＋1－22（－4k 1k 2－4k 2＋1）4k 1k 2＋1＝42（k 2－k 1）82（k 2－k 1）＝12. 即直线PQ 的斜率为定值，其定值为12.②当直线CA ，CB ，DA ，DB 中，有直线的斜率不存在时， 由题意得，至多有一条直线的斜率不存在，不妨设直线CA 的斜率不存在，从而C (－22，－2)． 设DA 的斜率为k ，由①知k DB ＝－14k.因为直线CA ：x ＝－22，直线DB ：y ＋2＝－14k (x －22)，得P ⎝⎛⎭⎫－22，－2＋2k .又直线BC ：y ＝－2，直线AD ：y －2＝k (x ＋22)， 得Q ⎝⎛⎭⎫－22－22k ，－2，所以k PQ ＝12.由①②可知，直线PQ 的斜率为定值，其定值为12.。
2019版高考数学大一轮复习江苏专版文档：第八章 立体
§8.1空间几何体的表面积与体积考情考向分析本部分是高考考查的重点内容，主要涉及空间几何体的表面积与体积的计算．命题形式主要以填空题为主，考查空间几何体的表面积与体积的计算，涉及空间几何体的结构特征，要求考生要有较强的空间想象能力和计算能力，广泛应用转化与化归思想．1．多面体的表面积、侧面积因为多面体的各个面都是平面，所以多面体的侧面积就是所有侧面的面积之和，表面积是侧面积与底面面积之和．2．圆柱、圆锥、圆台的侧面展开图及侧面积公式3.柱、锥、台、球的表面积和体积【知识拓展】1．与体积有关的几个结论(1)一个组合体的体积等于它的各部分体积的和或差．(2)底面面积及高都相等的两个同类几何体的体积相等．2．几个与球有关的切、接常用结论(1)正方体的棱长为a，球的半径为R，①若球为正方体的外接球，则2R＝3a；②若球为正方体的内切球，则2R＝a；③若球与正方体的各棱相切，则2R＝2a.(2)若长方体的同一顶点的三条棱长分别为a，b，c，外接球的半径为R，则2R＝a2＋b2＋c2.(3)正四面体的外接球与内切球的半径之比为3∶1.题组一思考辨析1．判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)(1)多面体的表面积等于各个面的面积之和．(√)(2)锥体的体积等于底面积与高之积．(×)(3)球的体积之比等于半径比的平方．( × )(4)简单组合体的体积等于组成它的简单几何体体积的和或差．( √ ) (5)长方体既有外接球又有内切球．( × )(6)圆柱的一个底面积为S ，侧面展开图是一个正方形，那么这个圆柱的侧面积是2πS .( × ) 题组二 教材改编2．[P55练习T3]已知圆锥的表面积等于12π cm 2，其侧面展开图是一个半圆，则底面圆的半径为________cm. 答案 2解析 S 表＝πr 2＋πrl ＝πr 2＋πr ·2r ＝3πr 2＝12π， ∴r 2＝4，∴r ＝2.3．[P60练习T4]已知棱台的上、下底面面积分别为4,16，高为3，则该棱台的体积为________． 答案 28 题组三 易错自纠4．各棱长均为2的正三棱锥的表面积是________． 答案 4 3解析 每个面的面积为12×2×2×32＝3，∴该正三棱锥的表面积为4 3.5．体积为8的正方体的顶点都在同一球面上，则该球的表面积为________． 答案 12π解析 由题意可知正方体的棱长为2，其体对角线23即为球的直径，所以球的表面积为4πR 2＝(2R )2π＝12π.6．已知某圆柱的侧面展开图是边长为2a ，a 的矩形，则该圆柱的体积为________． 答案 a 32π或a 3π解析 设圆柱的母线长为l ，底面圆的半径为r ， 则当l ＝2a 时，2πr ＝a ，∴r ＝a2π，这时V 圆柱＝2a ·π⎝⎛⎭⎫a 2π2＝a32π； 当l ＝a 时，2πr ＝2a ，∴r ＝a π，这时V 圆柱＝a ·π⎝⎛⎭⎫a 2＝a3π. 综上，该圆柱的体积为a 32π或a 3π.题型一 求空间几何体的表面积1．若三棱锥的三条侧棱两两垂直，且侧棱长都相等，其外接球的表面积是4π，则其侧棱长为________． 答案233解析 依题意可以构造一个正方体，其体对角线就是该三棱锥外接球的直径． 设侧棱长为a ，外接球的半径为r . 由外接球的表面积为4π，得r ＝1， ∴3a ＝2r ＝2，∴a ＝233.2．正六棱台的上、下两底面的边长分别是1 cm,2 cm ，高是1 cm ，则它的侧面积为________ cm 2. 答案972解析 正六棱台的侧面是6个全等的等腰梯形，上底长为1 cm ，下底长为2 cm ，高为正六棱台的斜高．又边长为1 cm 的正六边形的中心到各边的距离是32cm ，边长为2 cm 的正六边形的中心到各边的距离是 3 cm ，则梯形的高为 1＋⎝⎛⎭⎫3－322＝72(cm)，所以正六棱台的侧面积为6×12×(1＋2)×72＝972(cm 2)．思维升华 空间几何体表面积的求法(1)多面体的表面积是各个面的面积之和；组合体的表面积注意衔接部分的处理． (2)旋转体的表面积问题注意其侧面展开图的应用． 题型二 求空间几何体的体积典例 (1)(2017·江苏宿迁三模)如图，在正三棱柱ABC －A 1B 1C 1中，已知AB ＝AA 1＝3，点P 在棱CC 1上，则三棱锥P －ABA 1的体积为________．答案934解析 三棱锥P －ABA 1的体积等于三棱锥B －AP A 1的体积，点B 到面AP A 1的距离为332，△AP A 1的面积为92，故三棱锥P －ABA 1的体积为934.(2)(2017·江苏南京三模)如图，在直三棱柱ABC －A 1B 1C 1中，AB ＝1，BC ＝2，BB 1＝3，∠ABC ＝90°，点D 为侧棱BB 1上的动点．当AD ＋DC 1最小时，三棱锥D －ABC 1的体积为________．答案 13解析 几何体展开图如图所示：△ABD ∽△ACC 1，∴BD CC 1＝ABAC ，∵AB ＝1，BC ＝2，BB 1＝3， ∴AC ＝3，CC 1＝3，∴BD ＝1，则11－－＝D ABC A BC D V V ＝13×12×1×2×1＝13.思维升华 空间几何体体积问题的常见类型及解题策略(1)若所给定的几何体是可直接用公式求解的柱体、锥体或台体，则可直接利用公式进行求解．(2)若所给定的几何体的体积不能直接利用公式得出，则常用转换法、分割法、补形法等方法进行求解．跟踪训练 (1)(2018届南京一中调研)如图所示，已知一个多面体的平面展开图由一个边长为1的正方形和4个正三角形组成，则该多面体的体积是________．答案26解析 由展开图，可知该多面体是正四棱锥，底面正方形的边长为1，侧棱长也为1，∴该正四棱锥的高h ＝⎝⎛⎭⎫322－⎝⎛⎭⎫122＝22，∴其体积V ＝13×12×22＝26.(2)如图，在多面体ABCDEF 中，已知ABCD 是边长为1的正方形，且△ADE ，△BCF 均为正三角形，EF ∥AB ，EF ＝2，则该多面体的体积为________．答案23解析 如图，分别过点A ，B 作EF 的垂线，垂足分别为G ，H ，连结DG ，CH ，容易求得EG ＝HF ＝12，AG ＝GD ＝BH ＝HC ＝32， 取AD 的中点O ，连结GO ，易得GO ＝22， ∴S △AGD ＝S △BHC ＝12×22×1＝24，∴多面体的体积V ＝V三棱锥E －ADG＋V三棱锥F －BCH＋V三棱柱AGD －BHC＝2V 三棱锥E －ADG ＋V 三棱柱AGD －BHC＝13×24×12×2＋24×1＝23. 题型三 简单的等积变换典例 如图所示，三棱柱ABC －A 1B 1C 1中，若E ，F 分别为AB ，AC 的中点，平面EB 1C 1F 将三棱柱分成体积为V 1，V 2的两部分，那么V 1∶V 2等于多少？解 如图，延长A 1A 到A 2，B 1B 到B 2，C 1C 到C 2，且A 1A ＝AA 2，B 1B ＝BB 2，C 1C ＝CC 2，连结A 2C 2，A 2B 2，B 2C 2，则得到三棱柱ABC －A 2B 2C 2，且111222－－＝，ABC A B C ABC A B C V V 延长B 1E ，C 1F ，则B 1E 与C 1F 相交于点A 2.因为A 2A ∶A 2A 1＝1∶2，所以2A AEF V 三棱－锥＝182111A A B C V 三棱－锥.又2A AEF V 三棱－锥＝142A ABC V 三棱－锥＝14×13222ABC A B C V 三棱柱－＝112111ABC A B C V 三棱柱－， 所以V 1＝72A AEF V 三棱－锥＝712111ABC A B C V 三棱柱－，故V 1∶V 2＝7∶(12－7)＝7∶5.思维升华 当所给几何体的体积不容易计算时，可根据几何体的结构特征将其分解成多个体积可求的几何体，或者补形成体积可求的几何体，这种解法就是割补法，割补法求体积体现了转化与化归思想的应用．跟踪训练 (2018届灌云高级中学检测)正三棱柱ABC －A 1B 1C 1的底面边长为2，侧棱长为3，D 为BC 的中点，则三棱锥A －B 1DC 1的体积为________． 答案 1解析 如图，连结AD ，因为△ABC 是正三角形， 且D 为BC 中点，则AD ⊥BC . 又因为BB 1⊥平面ABC ，故BB 1⊥AD ，且BB 1∩BC ＝B ，BB 1，BC ⊂平面BCC 1B 1，所以AD ⊥平面BCC 1B 1，所以AD 是三棱锥A －B 1DC 1的高． 所以11A B DC V 三棱－锥＝1311·B DC S AD＝13×3×3＝1.1．若圆锥的轴截面是正三角形，则它的侧面积是底面积的________倍． 答案 2解析 设底面半径为r ，则S 底面＝πr 2， S 侧面＝12×2πr ×2r ＝2πr 2，所以S 侧面＝2S 底面．2．(2014·江苏)设甲、乙两个圆柱的底面面积分别为S 1，S 2，体积分别为V 1，V 2，若它们的侧面积相等且S 1S 2＝94，则V 1V 2的值是________．答案 32解析 设甲、乙两个圆柱的底面半径分别为r 1，r 2，高分别为h 1，h 2， 则2πr 1h 1＝2πr 2h 2，所以h 1h 2＝r 2r 1.又S 1S 2＝πr 21πr 22＝94， 所以r 1r 2＝32，则V 1V 2＝πr 21h 1πr 22h 2＝r 21r 22·h 1h 2＝r 21r 22·r 2r 1＝r 1r 2＝32.3．已知A ，B ，C 三点都在以O 为球心的球面上，OA ，OB ，OC 两两垂直，三棱锥O —ABC 的体积为43，则球O 的表面积为________．答案 16π解析 设球O 的半径为R ，以球心O 为顶点的三棱锥的三条侧棱两两垂直且都等于球的半径R ，另外一个侧面是边长为2R 的等边三角形．因此根据三棱锥的体积公式，得13×12R 2·R＝43，∴R ＝2，∴S 球的表面积＝4π×22＝16π. 4．(2013·江苏) 如图，在三棱柱A 1B 1C 1－ABC 中，D ，E ，F 分别是AB ，AC ，AA 1的中点，设三棱锥F －ADE 的体积为V 1，三棱柱A 1B 1C 1－ABC 的体积为V 2，则V 1∶V 2＝________.答案124解析 由题意可知，三棱锥F －ADE 与三棱柱A 1B 1C 1－ABC 的高之比为12，底面积之比为14，故V 1∶V 2＝13×12×141＝124.5．(2018届淮安中学质检) 如图所示，正方体ABCD －A 1B 1C 1D 1的棱长为1，线段B 1D 1上有两个动点E ，F ，且EF ＝22，则三棱锥B －AEF的体积为______．答案112解析 连结AC ，BD ，易知AC ⊥平面BDD 1B 1，则V 三棱锥B －AEF ＝V 三棱锥A －BEF ＝13×AC 2×S △BEF ＝13×AC 2×12×EF ×BB 1＝13×22×12×22×1＝112.6．《九章算术》中，将底面为长方形且有一条侧棱与底面垂直的四棱锥称之为阳马；将四个面都为直角三角形的三棱锥称之为鳖臑．若三棱锥P —ABC 为鳖臑，P A ⊥平面ABC ，P A ＝AB ＝2，AC ＝4，三棱锥P —ABC 的四个顶点都在球O 的球面上，则球O 的表面积为________． 答案 20π解析 方法一 将三棱锥P —ABC 放入长方体中，如图(1)，三棱锥P —ABC 的外接球就是长方体的外接球．因为P A ＝AB ＝2，AC ＝4，△ABC 为直角三角形，所以BC ＝42－22＝2 3.设外接球的半径为R ，由题意可得(2R )2＝22＋22＋(23)2＝20，故R 2＝5，则球O 的表面积为4πR 2＝20π.方法二 利用鳖臑的特点求解，如图(2)，因为四个面都是直角三角形，所以PC 的中点到每一个顶点的距离都相等，即PC 的中点为球心O ，易得2R ＝PC ＝20，所以球O 的表面积为4πR 2＝20π.7．(2015·江苏)现有橡皮泥制作的底面半径为5，高为4的圆锥和底面半径为2，高为8的圆柱各一个．若将它们重新制作成总体积与高均保持不变，但底面半径相同的新的圆锥和圆柱各一个，则新的底面半径为________． 答案7解析 设新的底面半径为r ，由题意得13πr 2·4＋πr 2·8＝13π×52×4＋π×22×8，解得r ＝7.8．(2017·天津)已知一个正方体的所有顶点在一个球面上，若这个正方体的表面积为18，则这个球的体积为________． 答案 92π解析 设正方体棱长为a ，则6a 2＝18， ∴a ＝ 3.设球的半径为R ，则由题意知2R ＝a 2＋a 2＋a 2＝3， ∴R ＝32.故球的体积V ＝43πR 3＝43π×⎝⎛⎭⎫323＝92π.9. 如图所示，在直角梯形ABCD 中，AD ⊥DC ，AD ∥BC ，BC ＝2CD ＝2AD ＝2，若将该直角梯形绕BC 边旋转一周，则所得的几何体的表面积为________．答案 (2＋3)π解析 根据题意可知，此旋转体的上半部分为圆锥(底面半径为1，高为1)，下半部分为圆柱(底面半径为1，高为1)，如图所示．则所得几何体的表面积为圆锥的侧面积、圆柱的侧面积以及圆柱的下底面积之和，即表面积为12·2π·1·12＋12＋2π·12＋π·12＝(2＋3)π. 10．如图所示，一个底面半径为R 的圆柱形量杯中装有适量的水．若放入一个半径为r 的实心铁球，水面高度恰好升高r ，则R r＝________.答案 233解析 由水面高度升高r ，得圆柱体积增加了πR 2r ，恰好是半径为r 的实心铁球的体积，因此有43πr 3＝πR 2r .故R r ＝233. 11.如图，四边形ABCD 为菱形，G 为AC 与BD 的交点，BE ⊥平面ABCD .(1)证明：平面AEC ⊥平面BED ；(2)若∠ABC ＝120°，AE ⊥EC ，三棱锥E —ACD 的体积为63，求该三棱锥的侧面积． (1)证明 因为四边形ABCD 为菱形，所以AC ⊥BD .因为BE ⊥平面ABCD ，AC ⊂平面ABCD ，所以BE ⊥AC .而BD ∩BE ＝B ，BD ，BE ⊂平面BED ，所以AC ⊥平面BED .又AC ⊂平面AEC ，所以平面AEC ⊥平面BED .(2)解 设AB ＝x ，在菱形ABCD 中，由∠ABC ＝120°，可得AG ＝GC ＝32x ，GB ＝GD ＝x 2. 因为AE ⊥EC ，所以在Rt △AEC 中，可得EG ＝32x . 由BE ⊥平面ABCD ，知△EBG 为直角三角形，可得BE ＝22x . 由已知得，三棱锥E —ACD 的体积V 三棱锥E-ACD ＝13×12AC ·GD ·BE ＝624x 3＝63， 故x ＝2.从而可得AE ＝EC ＝ED ＝ 6.所以△EAC 的面积为3，△EAD 的面积与△ECD 的面积均为 5.故三棱锥E —ACD 的侧面积为3＋2 5.12．(2017·南京二十九中调研)如图，四棱锥P －ABCD 的底面为正方形，平面PCD ⊥平面ABCD ，平面PCB ⊥平面ABCD ，E ，F 分别为线段CD ，P A 的中点．(1)求证：EF ∥平面PBC ；(2)若∠PBC ＝π4，AB ＝4，求棱锥P －ABCE 的体积． (1)证明 取PB 中点G ，连结FG ，CG .∵F 为P A 的中点，∴FG 綊12AB .又E 为CD 的中点，ABCD 为正方形，∴EC 綊12CD 綊12AB ，∴EC 綊FG . 即四边形ECGF 为平行四边形，∴EF ∥GC .又EF ⊄平面PBC ，CG ⊂平面PBC ，∴EF ∥平面PBC .(2)解 ∵平面PCD ⊥平面ABCD ，平面PCD ∩平面ABCD ＝CD ，又BC ⊥CD ，∴BC ⊥平面PCD ，∴BC ⊥PC .同理CD ⊥PC ，∴PC ⊥平面ABCD ，∵AB ＝4，∠PBC ＝π4，∴PC ＝4. ∴V P －ABCE ＝13×4×2＋42×4＝16.13．(2014·江苏)设甲、乙两个圆柱的底面积分别为S 1，S 2，体积分别为V 1，V 2.若它们的侧面积相等，且S 1S 2＝94，则V 1V 2的值是________． 答案 32解析 设两个圆柱的底面半径和高分别为r 1，r 2和h 1，h 2，由S 1S 2＝94，得πr 21πr 22＝94，则r 1r 2＝32. 由圆柱的侧面积相等，得2πr 1h 1＝2πr 2h 2，即r 1h 1＝r 2h 2，所以V 1V 2＝πr 21h 1πr 22h 2＝r 1r 2＝32. 14．在三棱锥P —ABC 中，P A ⊥平面ABC 且P A ＝2，△ABC 是边长为3的等边三角形，则该三棱锥外接球的表面积为________．答案 8π解析 由题意得，此三棱锥外接球即为以△ABC 为底面、以P A 为高的正三棱柱的外接球，因为△ABC 的外接圆半径r ＝32×3×23＝1，外接球球心到△ABC 的外接圆圆心的距离d ＝1，所以外接球的半径R ＝r 2＋d 2＝2，所以三棱锥外接球的表面积S ＝4πR 2＝8π.15．已知三棱锥O —ABC 的顶点A ，B ，C 都在半径为2的球面上，O 是球心，∠AOB ＝120°，当△AOC 与△BOC 的面积之和最大时，三棱锥O —ABC 的体积为________．答案 233解析 设球O 的半径为R ，因为S △AOC ＋S △BOC ＝12R 2(sin ∠AOC ＋sin ∠BOC )，所以当∠AOC ＝∠BOC ＝90°时， S △AOC ＋S △BOC 取得最大值，此时OA ⊥OC .OB ⊥OC ，OB ∩OA ＝O ，OA ，OB ⊂平面AOB ，所以OC ⊥平面AOB ，所以V 三棱锥O —ABC ＝V 三棱锥C —OAB ＝13OC ·12OA ·OB sin ∠AOB ＝16R 3sin ∠AOB ＝233. 16．(2016·江苏)现需要设计一个仓库，它由上下两部分组成，上部分的形状是正四棱锥P —A 1B 1C 1D 1，下部分的形状是正四棱柱ABCD —A 1B 1C 1D 1(如图所示)，并要求正四棱柱的高OO 1是正四棱锥的高PO 1的4倍．(1)若AB ＝6 m ，PO 1＝2 m ，则仓库的容积是多少？(2)若正四棱锥的侧棱长为6 m ，则当PO 1为多少时，仓库的容积最大？解 (1)V ＝13×62×2＋62×2×4＝312(m 3)． (2)设PO 1＝x ，则O 1B 1＝62－x 2，B 1C 1＝2·62－x 2，∴1111A B C D S ＝2(62－x 2)，又由题意可得下面正四棱柱的高为4x .则仓库容积V ＝13x ·2(62－x 2)＋2(62－x 2)·4x ＝263x (36－x 2)． 由V ′＝0得x ＝23或x ＝－23(舍去)．由实际意义知V 在x ＝23(m)时取到最大值， 故当PO 1＝23(m)时，仓库容积最大．。
2019版高考数学大一轮复习江苏专版文档：第八章 立体
§8.7 立体几何中的向量方法(二)——求空间角考情考向分析 本节是高考中的必考内容，涉及用向量法计算空间异面直线所成角、直线和平面所成角、二面角及空间距离等内容，考查热点是空间角的求解．题型以解答题为主，要求有较强的运算能力，广泛应用函数与方程的思想、转化与化归思想．1．两条异面直线所成角的求法设a ，b 分别是两异面直线l 1，l 2的方向向量，则2.直线与平面所成角的求法设直线l 的方向向量为a ，平面α的法向量为n ，直线l 与平面α所成的角为θ，a 与n 的夹角为β，则sin θ＝|cos β|＝|a ·n ||a ||n |. 3．求二面角的大小(1)如图①，AB ，CD 分别是二面角α－l －β的两个面内与棱l 垂直的直线，则二面角的大小θ＝〈AB →，CD →〉．(2)如图②③，n 1，n 2分别是二面角α－l －β的两个半平面α，β的法向量，则二面角的大小θ满足|cos θ|＝|cos 〈n 1，n 2〉|，二面角的平面角大小是向量n 1与n 2的夹角(或其补角)．题组一 思考辨析1．判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”) (1)两直线的方向向量所成的角就是两条直线所成的角．( × )(2)直线的方向向量和平面的法向量所成的角就是直线与平面所成的角．( × ) (3)两个平面的法向量所成的角是这两个平面所成的角．( × )(4)两异面直线夹角的范围是⎝⎛⎦⎤0，π2，直线与平面所成角的范围是⎣⎡⎦⎤0，π2，二面角的范围是[0，π]．( √ )(5)若二面角α－a －β的两个半平面α，β的法向量n 1，n 2所成角为θ，则二面角α－a －β的大小是π－θ.( × ) 题组二 教材改编2．[P111练习T1]设a ，b 分别是两条异面直线l 1，l 2的方向向量，且cos 〈a ，b 〉＝－12，则异面直线l 1和l 2所成的角为________． 答案 60°解析 ∵cos 〈a ，b 〉＝－12，∴〈a ，b 〉＝120°，∵异面直线所成角的范围是(0°，90°]， ∴异面直线l 1和l 2所成的角是60°.3．[P113练习T5]如图，正三棱柱(底面是正三角形的直棱柱)ABC －A 1B 1C 1的底面边长为2，侧棱长为22，则AC 1与侧面ABB 1A 1所成的角为________．答案 π6解析 以A 为原点，以AB →，AE →(AE ⊥AB )，AA 1→所在直线分别为x 轴，y 轴，z 轴(如图)建立空间直角坐标系，设D 为A 1B 1的中点，则A (0,0,0)，C 1(1，3，22)，D (1,0,22)，∴AC 1→＝(1，3，22)， AD →＝(1,0,22)．∠C 1AD 为AC 1与平面ABB 1A 1所成的角，cos ∠C 1AD ＝AC 1→·AD→|AC 1→||AD →|＝(1，3，22)·(1，0，22)12×9＝32，又∵∠C 1AD ∈⎣⎡⎦⎤0，π2，∴∠C 1AD ＝π6. 题组三 易错自纠4．在直三棱柱ABC －A 1B 1C 1中，∠BCA ＝90°，M ，N 分别是A 1B 1，A 1C 1的中点，BC ＝CA ＝CC 1，则BM 与AN 所成角的余弦值为________． 答案3010解析 以点C 为坐标原点，CA ，CB ，CC 1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．设直三棱柱的棱长为2，则可得A (2,0,0)，B (0,2,0)，M (1,1,2)，N (1,0,2)，∴BM →＝(1，－1,2)，AN →＝(－1,0,2)．∴cos 〈BM →，AN →〉＝BM →·AN →|BM →||AN →|＝－1＋412＋(－1)2＋22×(－1)2＋02＋22＝36×5＝3010.5．已知向量m ，n 分别是直线l 和平面α的方向向量和法向量，若cos 〈m ，n 〉＝－12，则l 与α所成的角为________． 答案 30°解析 设l 与α所成角为θ，∵cos 〈m ，n 〉＝－12，∴sin θ＝|cos 〈m ，n 〉|＝12，∵0°≤θ≤90°，∴θ＝30°.6．过正方形ABCD 的顶点A 作线段P A ⊥平面ABCD ，若AB ＝P A ，则平面ABP 与平面CDP 所成的角为________． 答案 45°解析 如图，以点A 为坐标原点，AB ，AD ，AP 所在直线分别为x 轴，y 轴，z 轴，建立空间直角坐标系，设AB ＝P A ＝1，则A (0,0,0)，D (0,1,0)，P (0,0,1)，由题意，知AD ⊥平面P AB ，设E 为PD 的中点，连结AE ，则AE ⊥PD ， 又CD ⊥平面P AD ，∴CD ⊥AE ，从而AE ⊥平面PCD .∴AD →＝(0,1,0)，AE →＝⎝⎛⎭⎫0，12，12分别是平面P AB ，平面PCD 的法向量，且〈AD →，AE →〉＝45°. 故平面P AB 与平面PCD 所成的角为45°.题型一 求异面直线所成的角典例 如图，在棱长为2的正方体ABCD －A 1B 1C 1D 1中，E ，F 分别是D 1D ，BD 的中点，G 在CD 上，且CG ＝14CD .(1)求证：EF ⊥B 1C ；(2)求异面直线EF 与C 1G 所成角的余弦值．(1)证明 如图，以点D 为坐标原点，DA ，DC ，DD 1所在直线分别为x 轴，y 轴，z 轴，建立空间直角坐标系D －xyz .由题意，知E (0,0,1)，F (1,1,0)，C (0,2,0)，B 1(2,2,2)，C 1(0，2,2)，G ⎝⎛⎭⎫0，32，0.∵EF →＝(1,1，－1)，B 1C →＝(－2,0，－2)，EF →·B 1C →＝0， ∴EF ⊥B 1C .(2)解 C 1G →＝⎝⎛⎭⎫0，－12，－2， ∴cos 〈EF →，C 1G →〉＝EF →·C 1G →|EF →||C 1G →|＝323×172＝5117，∴异面直线EF 与C 1G 所成角的余弦值为5117. 思维升华 用向量法求异面直线所成角的一般步骤 (1)选择三条两两垂直的直线建立空间直角坐标系；(2)确定异面直线上两个点的坐标，从而确定异面直线的方向向量； (3)利用向量的夹角公式求出向量夹角的余弦值；(4)两异面直线所成角的余弦值等于两向量夹角余弦值的绝对值．跟踪训练 如图，在棱长为1的正方体ABCD －A 1B 1C 1D 1中，M ，N 分别为A 1B 1，BB 1的中点，那么直线AM 与CN 所成角的余弦值为________．答案 25解析 方法一 ∵AM →＝AA 1→＋A 1M →，CN →＝CB →＋BN →， ∴AM →·CN →＝(AA 1→＋A 1M →)·(CB →＋BN →) ＝AA 1→·CB →＋AA 1→·BN →＋A 1M →·CB →＋A 1M →·BN → ＝12. 而|AM →|＝|AA 1→＋A 1M →|＝ |AA 1→|2＋|A 1M →|2＝1＋14＝52. 同理，得|CN →|＝52.则cos 〈AM →，CN →〉＝AM →·CN →|AM →||CN →|＝1254＝25，∴直线AM 与CN 所成角的余弦值为25.方法二 如图，以D 为原点，分别以DA ，DC ，DD 1所在的直线为x ，y ，z 轴建立空间直角坐标系，则A (1,0,0)，M ⎝⎛⎭⎫1，12，1，C (0,1,0)，N ⎝⎛⎭⎫1，1，12， ∴AM →＝⎝⎛⎭⎫0，12，1，CN →＝⎝⎛⎭⎫1，0，12， ∴AM →·CN →＝0×1＋12×0＋1×12＝12，|AM →|＝ 02＋⎝⎛⎭⎫122＋12＝52， |CN →|＝12＋02＋⎝⎛⎭⎫122＝52，∴cos 〈AM →，CN →〉＝AM →·CN →|AM →||CN →|＝1252×52＝25，∴直线AM 与CN 所成角的余弦值为25.题型二 求直线与平面所成的角典例 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)求直线AN 与平面PMN 所成角的正弦值． (1)证明 由已知得AM ＝23AD ＝2.取BP 的中点T ，连结AT ，TN ，由N 为PC 的中点知TN ∥BC ，TN ＝12BC ＝2.又AD ∥BC ，故TN 綊AM ，四边形AMNT 为平行四边形，于是MN ∥AT . 因为AT ⊂平面P AB ，MN ⊄平面P AB ，所以MN ∥平面P AB . (2)解 取BC 的中点E ，连结AE . 由AB ＝AC 得AE ⊥BC ， 从而AE ⊥AD ，AE ＝AB 2－BE 2＝AB 2－⎝⎛⎭⎫BC 22＝ 5.以A 为坐标原点，AE ，AD ，AP 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A －xyz .由题意知，P (0,0,4)，M (0,2,0)，C (5，2,0)，N ⎝⎛⎭⎫52，1，2，PM →＝(0,2，－4)，PN →＝⎝⎛⎭⎫52，1，－2，AN →＝⎝⎛⎭⎫52，1，2.设n ＝(x ，y ，z )为平面PMN 的法向量，则⎩⎪⎨⎪⎧ n ·PM →＝0，n ·PN →＝0，即⎩⎪⎨⎪⎧2y －4z ＝0，52x ＋y －2z ＝0，可取n ＝(0,2,1)．于是|cos 〈n ，AN →〉|＝|n ·AN →||n ||A N →|＝8525.设AN 与平面PMN 所成的角为θ，则sin θ＝8525，即直线AN 与平面PMN 所成角的正弦值为8525.思维升华 利用向量法求线面角的方法(1)分别求出斜线和它在平面内的射影直线的方向向量，转化为求两个方向向量的夹角(或其补角)；(2)通过平面的法向量来求，即求出斜线的方向向量与平面的法向量所夹的锐角，取其余角就是斜线和平面所成的角．跟踪训练 如图，已知正方体ABCD －A 1B 1C 1D 1中，E 为棱CC 1上的动点．(1)求证：A 1E ⊥BD ；(2)当E 为棱CC 1的中点时，求直线A 1E 与平面A 1BD 所成角的正弦值．(1)证明 以D 点为坐标原点，分别以DA ，DC ，DD 1所在直线为x ，y ，z 轴建立空间直角坐标系，如图所示，设正方体的棱长为a .易得D (0,0,0)，B (a ，a,0)，A 1(a,0，a )， 设E (0，a ，z 0)，则A 1E →＝(－a ，a ，z 0－a )， BD →＝(－a ，－a,0)，从而A 1E →·BD →＝0，于是A 1E ⊥BD . (2)解 由题设，知E ⎝⎛⎭⎫0，a ，a2， 则A 1E →＝⎝⎛⎭⎫－a ，a ，－a 2. 又DA 1→＝(a,0，a )，DB →＝(a ，a,0)，设n ＝(x ，y ，z )是平面A 1BD 的一个法向量， 则n ·DA 1→＝0，n ·DB →＝0，即⎩⎪⎨⎪⎧ax ＋az ＝0，ax ＋ay ＝0，所以y ＝z ＝－x ， 于是可取n ＝(－1,1,1)，设直线A 1E 与平面A 1BD 所成的角为θ， 则sin θ＝|cos 〈n ，A 1E →〉|＝|n ·A 1E →||n ||A 1E →|＝33，故直线A 1E 与平面A 1BD 所成角的正弦值是33. 题型三 求二面角典例 (2018届泰州中学摸底)如图，已知三棱柱ABC －A 1B 1C 1的侧棱与底面垂直，AA 1＝AB ＝AC ＝1，AB ⊥AC ，M ，N 分别是CC 1，BC 的中点，点P 在直线A 1B 1上，且满足A 1P →＝λA 1B 1→(λ∈R )．(1)证明：PN ⊥AM ；(2)若平面PMN 与平面ABC 所成的锐二面角为45°，试确定点P 的位置．(1)证明 如图，以A 点为坐标原点，AB ，AC ，AA 1所在直线分别为x ，y ，z 轴建立空间直角坐标系A －xyz .则A (0,0,0)，P (λ，0,1)，N ⎝⎛⎭⎫12，12，0，M ⎝⎛⎭⎫0，1，12， 从而PN →＝⎝⎛⎭⎫12－λ，12，－1，AM →＝⎝⎛⎭⎫0，1，12， 所以PN →·AM →＝⎝⎛⎭⎫12－λ×0＋12×1－1×12＝0，所以PN ⊥AM .(2)解 由题意知平面ABC 的一个法向量n ＝AA 1→＝(0,0,1)． 设平面PMN 的法向量m ＝(x ，y ，z )，由(1)得MP →＝⎝⎛⎭⎫λ，－1，12，NP →＝⎝⎛⎭⎫λ－12，－12，1， 由⎩⎪⎨⎪⎧m ·NP →＝0，m ·MP →＝0，得⎩⎨⎧⎝⎛⎭⎫λ－12x －12y ＋z ＝0，λx －y ＋12z ＝0，解得⎩⎨⎧y ＝2λ＋13x ，z ＝2(1－λ)3x ，令x ＝3，得m ＝(3,2λ＋1,2－2λ)．因为平面PMN 与平面ABC 所成的锐二面角为45°， 所以|cos 〈m ，n 〉|＝|m ·n ||m ||n |＝|2(1－λ)|9＋(2λ＋1)2＋4(1－λ)2＝22，解得λ＝－12，故点P 在B 1A 1的延长线上，且A 1P ＝12.思维升华 利用向量法计算二面角大小的常用方法(1)找法向量法：分别求出二面角的两个半平面所在平面的法向量，然后通过两个平面的法向量的夹角得到二面角的大小，但要注意结合实际图形判断所求角的大小．(2)找与棱垂直的方向向量法：分别在二面角的两个半平面内找到与棱垂直且以垂足为起点的两个向量，则这两个向量的夹角的大小就是二面角的大小．跟踪训练 (2018届泰兴中学调研)如图，在直三棱柱ABC －A 1B 1C 1中，AB ⊥AC ，AB ＝2，AC ＝4，AA 1＝2，D 为线段BC 上一点，且BD →＝λDC →.(1)若λ＝1，求直线 DB 1与平面A 1C 1D 所成角的正弦值； (2)若二面角B 1－A 1C 1－D 的大小为60°，求实数λ的值．解 以A 点为坐标原点，分别以AB ，AC ，AA 1所在直线为x ，y ，z 轴建立空间直角坐标系． 则A (0,0,0)，B (2,0,0)，C (0，4,0)，A 1(0,0,2)，B 1(2，0,2)，C 1(0,4,2)．设平面A 1C 1D 的法向量n ＝(x ，y ，z )．(1)当λ＝1时，D 为BC 的中点，所以D (1,2,0)，DB 1→＝(1，－2,2)，A 1C 1→＝(0,4,0)， A 1D →＝(1,2，－2)， 则⎩⎪⎨⎪⎧n ·A 1C 1→＝0，n ·A 1D →＝0，即⎩⎪⎨⎪⎧4y ＝0，x ＋2y －2z ＝0，取z ＝1，得y ＝0，x ＝2， 所以n ＝(2,0,1)，设直线DB 1与平面A 1C 1D 所成的角为θ，所以sin θ＝|cos 〈DB 1→，n 〉|＝|DB 1→·n ||DB 1→||n |＝435＝4515，所以直线DB 1与平面A 1C 1D 所成角的正弦值为4515.(2)因为BD →＝λDC →，所以D ⎝⎛⎭⎫2λ＋1，4λλ＋1，0，所以A 1D →＝⎝⎛⎭⎫2λ＋1，4λλ＋1，－2，则⎩⎪⎨⎪⎧n ·A 1C 1→＝0，n ·A 1D →＝0，即⎩⎪⎨⎪⎧4y ＝0，2λ＋1x ＋4λx ＋1y －2z ＝0. 取z ＝1，得x ＝λ＋1，y ＝0， 所以n ＝(λ＋1,0,1)，显然平面A 1B 1C 1的一个法向量为n 2＝(0,0,1)， 所以|cos 〈n ，n 2〉|＝1(λ＋1)2＋02＋12，因为二面角B 1－A 1C 1－D 的大小为60°， 所以1(λ＋1)2＋1＝12，解得λ＝3－1或λ＝－3－1(不合题意，舍去)． 所以实数λ的值为3－1.利用空间向量求解空间角典例 (10分) 如图，已知四棱锥P －ABCD 的底面是菱形，对角线AC ，BD 交于点O ，OA ＝4，OB ＝3，OP ＝4，OP ⊥底面ABCD ，设点M 满足PM →＝λMC →(λ>0)．(1)当λ＝12时，求直线P A 与平面BDM 所成角的正弦值；(2)若二面角M －AB －C 的大小为π4，求λ的值．解 (1)以O 点为坐标原点，以OA ，OB ，OP 所在直线分别为x 轴，y 轴，z 轴，建立空间直角坐标系O －xyz ，则A (4,0,0)，B (0,3,0)，C (－4，0,0)，D (0，－3,0)，P (0，0,4)， 所以P A →＝(4,0，－4)，DB →＝(0,6,0)，AB →＝(－4,3,0)．[3分] 当λ＝12时，M ⎝⎛⎭⎫－43，0，83， 所以MB →＝⎝⎛⎭⎫43，3，－83， 设平面BDM 的法向量为n ＝(x ，y ，z )，则⎩⎪⎨⎪⎧ n ·DB →＝0，n ·MB →＝0，即⎩⎪⎨⎪⎧6y ＝0，43x ＋3y －83z ＝0，令x ＝2，得y ＝0，z ＝1， 所以平面BDM 的一个法向量为n ＝(2,0,1)， 设直线P A 与平面BDM 所成的角为θ， 所以sin θ＝|cos 〈P A →，n 〉|＝442·5＝1010，所以直线P A 与平面BDM 所成角的正弦值为1010.[5分](2)易知平面ABC 的一个法向量为n 1＝(0,0,1)． 设M (a,0，b )，代入PM →＝λMC →， 得(a,0，b －4)＝λ(－4－a,0，－b )， 解得⎩⎪⎨⎪⎧a ＝－4λ1＋λ，b ＝41＋λ，即M ⎝⎛⎭⎪⎫－4λ1＋λ，0，41＋λ，所以MB →＝⎝ ⎛⎭⎪⎫4λ1＋λ，3，－41＋λ，[7分]设平面ABM 的法向量为n 2＝(x 1，y 1，z 1)， 则⎩⎪⎨⎪⎧ n 2·AB →＝0，n 2·MB →＝0，即⎩⎪⎨⎪⎧－4x 1＋3y 1＝0，4λ1＋λx 1＋3y 1－41＋λz 1＝0， 消去y 1，得(2λ＋1)x 1＝z 1，令x 1＝1， 则z 1＝2λ＋1，y 1＝43，[8分]所以平面ABM 的一个法向量为n 2＝⎝⎛⎭⎫1，43，2λ＋1， 所以22＝⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪2λ＋11＋169＋(2λ＋1)2，解得λ＝13或λ＝－43， 因为λ>0，所以λ＝13.[10分]利用向量求空间角的步骤 第一步：建立空间直角坐标系； 第二步：确定点的坐标；第三步：求向量(直线的方向向量、平面的法向量)坐标； 第四步：计算向量的夹角(或函数值)； 第五步：将向量夹角转化为所求的空间角；第六步：反思回顾．查看关键点、易错点和答题规范．1．在正方体A 1B 1C 1D 1—ABCD 中，AC 与B 1D 所成角的大小为________．2解析 以A 点为坐标原点，AB ，AD ，AA 1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，设正方体的边长为1，则A (0,0,0)，C (1,1,0)，B 1(1,0,1)，D (0,1,0)． ∴AC →＝(1,1,0)，B 1D →＝(－1,1，－1)， ∵AC →·B 1D →＝1×(－1)＋1×1＋0×(－1)＝0， ∴AC →⊥B 1D →，∴AC 与B 1D 所成的角为π2.2.如图所示，三棱柱ABC －A 1B 1C 1的侧棱长为3，底面边长A 1C 1＝B 1C 1＝1，且∠A 1C 1B 1＝90°，D 点在棱AA 1上且AD ＝2DA 1，P 点在棱C 1C 上，则PD →·PB 1→的最小值为________．答案 －14解析 以C 点为坐标原点，CA ，CB ，CC 1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，则D (1,0,2)，B 1(0,1,3)，设P (0,0，z )，其中0≤z ≤3，则PD →＝(1,0,2－z )，PB 1→＝(0,1,3－z )， ∴PD →·PB 1→＝0＋0＋(2－z )(3－z )＝⎝⎛⎭⎫z －522－14， 故当z ＝52时，PD →·PB 1→取得最小值－14.3．在正方体ABCD －A 1B 1C 1D 1中，点E 为BB 1的中点，则平面A 1ED 与平面ABCD 所成的锐二面角的余弦值为________．3解析 以A 为原点，AB ，AD ，AA 1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A －xyz ，设棱长为1，则A 1(0,0,1)，E ⎝⎛⎭⎫1，0，12，D (0,1,0)， ∴A 1D →＝(0,1，－1)，A 1E →＝⎝⎛⎭⎫1，0，－12. 设平面A 1ED 的一个法向量为n 1＝(1，y ，z )， 则有⎩⎪⎨⎪⎧ A 1D →·n 1＝0，A 1E →·n 1＝0，即⎩⎪⎨⎪⎧y －z ＝0，1－12z ＝0，∴⎩⎪⎨⎪⎧y ＝2，z ＝2，∴n 1＝(1,2,2)． ∵平面ABCD 的一个法向量为n 2＝(0,0,1)， ∴cos 〈n 1，n 2〉＝23×1＝23，即所成的锐二面角的余弦值为23.4．已知六面体ABC —A 1B 1C 1是各棱长均等于a 的正三棱柱，D 是侧棱CC 1的中点，则直线CC 1与平面AB 1D 所成的角为________．答案 45°解析 如图所示，取AC 的中点N ，连结NB ，以N 为坐标原点，NB ，NC 所在直线分别为x 轴，y 轴，建立空间直角坐标系．则A ⎝⎛⎭⎫0，－a 2，0，C ⎝⎛⎭⎫0，a2，0， B 1⎝⎛⎭⎫3a 2，0，a ，D ⎝⎛⎭⎫0，a 2，a 2， C 1⎝⎛⎭⎫0，a2，a ， ∴AB 1→＝⎝⎛⎭⎫3a 2，a 2，a ，AD →＝⎝⎛⎭⎫0，a ，a 2，CC 1→＝(0,0，a )． 设平面AB 1D 的法向量为n ＝(x ，y ，z )，由n ·AB 1→＝0，n ·AD →＝0，可取n ＝(3，1，－2)． ∴cos 〈CC 1→，n 〉＝CC 1→·n |CC 1→||n |＝－2a a ×22＝－22，∵直线与平面所成角的范围是[0°，90°]， ∴直线CC 1与平面AB 1D 所成的角为45°.5．在三棱锥P －ABC 中，P A ⊥平面ABC ，∠BAC ＝90°，D ，E ，F 分别是棱AB ，BC ，CP 的中点，AB ＝AC ＝1，P A ＝2，则直线P A 与平面DEF 所成角的正弦值为________． 答案55解析 以A 为原点，AB ，AC ，AP 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，由AB ＝AC ＝1，P A ＝2， 得A (0,0,0)，B (1,0,0)，C (0,1,0)，P (0,0,2)，D ⎝⎛⎭⎫12，0，0， E ⎝⎛⎭⎫12，12，0，F ⎝⎛⎭⎫0，12，1.∴P A →＝(0,0，－2)，DE →＝⎝⎛⎭⎫0，12，0， DF →＝⎝⎛⎭⎫－12，12，1. 设平面DEF 的法向量为n ＝(x ，y ，z )， 则由⎩⎪⎨⎪⎧n ·DE →＝0，n ·DF →＝0，得⎩⎪⎨⎪⎧y ＝0，－x ＋y ＋2z ＝0.取z ＝1，则n ＝(2,0,1)，设直线P A 与平面DEF 所成的角为θ，则sin θ＝|cos 〈n ，P A →〉|＝|P A →·n ||P A →||n |＝55， ∴直线P A 与平面DEF 所成角的正弦值为55. 6．二面角的棱上有A ，B 两点，直线AC ，BD 分别在这个二面角的两个半平面内，且都垂直于AB .已知AB ＝4，AC ＝6，BD ＝8，CD ＝217，则该二面角的大小为________． 答案 60°解析 如图所示，二面角的大小就是〈AC →，BD →〉．∵CD →＝CA →＋AB →＋BD →，∴CD →2＝CA →2＋AB →2＋BD →2＋2(CA →·AB →＋CA →·BD →＋AB →·BD →)＝CA →2＋AB →2＋BD →2＋2CA →·BD →， ∴CA →·BD →＝12[(217)2－62－42－82]＝－24.因此AC →·BD →＝24，cos 〈AC →，BD →〉＝AC →·BD →|AC →||BD →|＝12，又〈AC →，B D →〉∈[0°，180°]， ∴〈AC →，BD →〉＝60°，故二面角为60°.7.如图所示，在三棱柱ABC —A 1B 1C 1中，AA 1⊥底面ABC ，AB ＝BC ＝AA 1，∠ABC ＝90°，点E ，F 分别是棱AB ，BB 1的中点，则直线EF 和BC 1所成的角是________．答案 60°解析 以B 点为坐标原点，以BC 所在直线为x 轴，BA 所在直线为y 轴，BB 1所在直线为z 轴，建立空间直角坐标系．设AB ＝BC ＝AA 1＝2，则C 1(2,0,2)，E (0,1,0)，F (0,0,1)， 则EF →＝(0，－1,1)，BC 1→＝(2,0,2)， ∴EF →·BC 1→＝2， ∴cos 〈EF →，BC 1→〉＝22×22＝12，∵异面直线所成角的范围是(0,90°]， ∴EF 和BC 1所成的角为60°.8．在正四棱柱ABCD －A 1B 1C 1D 1中，AA 1＝2AB ，则直线CD 与平面BDC 1所成角的正弦值为________． 答案 23解析 以D 为坐标原点，DA ，DC ，DD 1所在直线分别为x 轴，y 轴，z 轴，建立空间直角坐标系，如图，设AA 1＝2AB ＝2，则D (0,0,0)，C (0,1,0)，B (1,1,0)，C 1(0,1,2)，则DC →＝(0,1,0)，DB →＝(1,1,0)，DC 1→＝(0,1,2)．设平面BDC 1的一个法向量为n ＝(x ，y ，z )，则n ⊥DB →，n ⊥DC 1→，所以有⎩⎪⎨⎪⎧x ＋y ＝0，y ＋2z ＝0，令y ＝－2，得平面BDC 1的一个法向量为n ＝(2，－2,1)．设CD 与平面BDC 1所成的角为θ， 则sin θ＝|cos 〈n ，DC →〉|＝|n ·DC →||n ||DC →|＝23.9．已知点E ，F 分别在正方体ABCD －A 1B 1C 1D 1的棱BB 1，CC 1上，且B 1E ＝2EB ，CF ＝2FC 1，则平面AEF 与平面ABC 所成的锐二面角的正切值为________． 答案23解析 方法一 延长FE ，CB 相交于点G ，连结AG ，如图所示．设正方体的棱长为3，则GB ＝BC ＝3，作BH ⊥AG 于点H ，连结EH ，则∠EHB 为所求锐二面角的平面角．∵BH ＝322，EB ＝1，∴tan ∠EHB ＝EB BH ＝23.方法二 如图，以点D 为坐标原点，DA ，DC ，DD 1所在直线分别为x 轴，y 轴，z 轴，建立空间直角坐标系D －xyz ，设DA ＝1，由已知条件得 A (1,0,0)，E ⎝⎛⎭⎫1，1，13， F ⎝⎛⎭⎫0，1，23，AE →＝⎝⎛⎭⎫0，1，13， AF →＝⎝⎛⎭⎫－1，1，23， 设平面AEF 的法向量为n ＝(x ，y ，z )， 平面AEF 与平面ABC 所成的锐二面角为θ，由⎩⎪⎨⎪⎧n ·AE →＝0，n ·AF →＝0，得⎩⎨⎧y ＋13z ＝0，－x ＋y ＋23z ＝0.令y ＝1，z ＝－3，x ＝－1，则n ＝(－1,1，－3)， 取平面ABC 的法向量为m ＝(0,0，－1)， 则cos θ＝|cos 〈n ，m 〉|＝31111，tan θ＝23. 10．在正四棱锥S —ABCD 中，O 为顶点在底面上的射影，P 为侧棱SD 的中点，且SO ＝OD ，则直线BC 与平面P AC 所成的角是________． 答案 30°解析 如图，以O 为原点，OA ，OB ，OS 所在直线分别为x 轴，y 轴，z 轴建立空间直角坐标系O —xyz .设OD ＝SO ＝OA ＝OB ＝OC ＝a .则A (a ,0,0)，B (0，a ，0)，C (－a ,0,0)，P ⎝⎛⎭⎫0，－a 2，a2. 则CA →＝(2a ,0,0)，AP →＝⎝⎛⎭⎫－a ，－a 2，a 2，CB →＝(a ，a ,0)， 设平面P AC 的一个法向量为n ＝(x ，y ，z )， 则⎩⎪⎨⎪⎧ n ·CA →＝0，n ·AP →＝0，即⎩⎪⎨⎪⎧2ax ＝0，－ax －a 2y ＋a2z ＝0，解得⎩⎪⎨⎪⎧x ＝0，y ＝z ，可取n ＝(0,1,1)，则cos 〈CB →，n 〉＝CB →·n |CB →||n |＝a 2a 2·2＝12， 又∵〈CB →，n 〉∈(0°，180°)，∴〈CB →，n 〉＝60°， ∴直线BC 与平面P AC 所成的角为90°－60°＝30°.11．(2017·江苏)如图，在平行六面体ABCD —A 1B 1C 1D 1中，AA 1⊥平面ABCD ，且AB ＝AD ＝2，AA 1＝3，∠BAD ＝120°.(1)求异面直线A 1B 与AC 1所成角的余弦值； (2)求二面角B －A 1D －A 的正弦值．解 在平面ABCD 内，过点A 作AE ⊥AD ，交BC 于点E .因为AA 1⊥平面ABCD ，所以AA 1⊥AE ，AA 1⊥AD . 如图，以{AE →，AD →，AA 1→}为正交基底， 建立空间直角坐标系Axyz .因为AB ＝AD ＝2，AA 1＝3，∠BAD ＝120°， 则A (0,0,0)，B (3，－1,0)，D (0,2,0)，E (3，0,0)， A 1(0,0，3)，C 1(3，1，3)．(1)A 1B →＝(3，－1，－3)，AC 1→＝(3，1，3)， 则cos 〈A 1B →，AC 1→〉＝A 1B →·AC 1→|A 1B →||AC 1→|＝(3，－1，－3)·(3，1，3)7＝－17，因此异面直线A 1B 与AC 1所成角的余弦值为17.(2)平面A 1DA 的一个法向量为AE →＝(3，0,0)． 设m ＝(x ，y ，z )为平面BA 1D 的一个法向量， 又A 1B →＝(3，－1，－3)，BD →＝(－3，3,0)， 则⎩⎪⎨⎪⎧m ·A 1B →＝0，m ·BD →＝0，即⎩⎨⎧3x －y －3z ＝0，－3x ＋3y ＝0.不妨取x ＝3，则y ＝3，z ＝2，所以m ＝(3，3，2)为平面BA 1D 的一个法向量，从而cos 〈AE →，m 〉＝AE →·m |AE →||m |＝(3，0，0)·(3，3，2)3×4＝34.设二面角B —A 1D —A 的大小为θ，则|cos θ|＝34.因为θ∈[0，π]，所以sin θ＝1－cos 2θ＝74. 因此二面角BA 1DA 的正弦值为74.12．(2015·江苏)如图，在四棱锥P —ABCD 中，已知P A ⊥平面ABCD ，且四边形ABCD 为直角梯形，∠ABC ＝∠BAD ＝π2，P A ＝AD ＝2，AB ＝BC ＝1.(1)求平面P AB 与平面PCD 所成二面角的余弦值；(2)点Q 是线段BP 上的动点，当直线CQ 与DP 所成的角最小时，求线段BQ 的长． 解 以{AB →，AD →，AP →}为正交基底建立如图所示的空间直角坐标系Axyz ，则各点的坐标为B (1,0,0)，C (1,1,0)，D (0,2,0)，P (0,0,2)．(1)因为AD ⊥平面P AB ，所以AD →是平面P AB 的一个法向量，AD →＝(0,2,0)． 因为PC →＝(1,1，－2)，PD →＝(0,2，－2)． 设平面PCD 的法向量为m ＝(x ，y ，z )， 则m ·PC →＝0，m ·PD →＝0，即⎩⎪⎨⎪⎧x ＋y －2z ＝0，2y －2z ＝0.令y ＝1，解得z ＝1，x ＝1. 所以m ＝(1,1,1)是平面PCD 的一个法向量． 从而cos 〈AD →，m 〉＝AD →·m |AD →||m |＝33，所以平面P AB 与平面PCD 所成二面角的余弦值为33. (2)因为BP →＝(－1,0,2)，设BQ →＝λBP →＝(－λ，0,2λ)(0≤λ≤1)， 又CB →＝(0，－1,0)，则CQ →＝CB →＋BQ →＝(－λ，－1,2λ)， 又DP →＝(0，－2,2)，从而cos 〈CQ →，DP →〉＝CQ →·DP →|CQ →||DP →|＝1＋2λ10λ2＋2. 设1＋2λ＝t ，t ∈[1,3]，则cos 2〈CQ →，DP →〉＝2t 25t 2－10t ＋9＝29⎝⎛⎭⎫1t －592＋209≤910.当且仅当t ＝95，即λ＝25时，|cos 〈CQ →，DP →〉|的最大值为31010.因为y ＝cos x 在⎝⎛⎭⎫0，π2上是减函数，此时直线CQ 与DP 所成角取得最小值． 又因为BP ＝12＋22＝5，所以BQ ＝25BP ＝255.13．(2017·全国Ⅱ改编)已知直三棱柱ABC —A 1B 1C 1中，∠ABC ＝120°，AB ＝2，BC ＝CC 1＝1，则异面直线AB 1与BC 1所成角的余弦值为________． 答案105解析 以B 1为坐标原点，B 1C 1所在的直线为x 轴，垂直于B 1C 1的直线为y 轴，BB 1所在的直线为z 轴建立空间直角坐标系，如图所示．由已知条件知B 1(0,0,0)，B (0,0,1)，C 1(1,0,0)，A (－1，3，1)，则BC 1→＝(1,0，－1)，AB 1→＝(1，－3，－1)．所以cos 〈AB 1→，BC 1→〉＝AB 1→·BC 1→|AB 1→||BC 1→|＝25×2＝105.所以异面直线AB 1与BC 1所成角的余弦值为105. 14.如图，在四棱锥S －ABCD 中，SA ⊥平面ABCD ，底面ABCD 为直角梯形，AD ∥BC ，∠BAD ＝90°，且AB ＝4，SA ＝3.E ，F 分别为线段BC ，SB 上的一点(端点除外)，满足SF BF ＝CE BE ＝λ，当实数λ的值为________时，∠AFE 为直角．答案916解析 因为SA ⊥平面ABCD ，∠BAD ＝90°，以A 为坐标原点，AD ，AB ，AS 所在直线为x 轴，y 轴，z 轴，建立如图所示的空间直角坐标系A —xyz .∵AB ＝4，SA ＝3， ∴B (0,4,0)，S (0,0,3)． 设BC ＝m ，则C (m,4,0)， ∵SF BF ＝CEBE ＝λ， ∴SF →＝λFB →.∴AF →－AS →＝λ(AB →－AF →)．∴AF →＝11＋λ(AS →＋λAB →)＝11＋λ(0,4λ，3)，∴F ⎝⎛⎭⎫0，4λ1＋λ，31＋λ.同理可得E ⎝⎛⎭⎫m1＋λ，4，0，∴FE →＝⎝ ⎛⎭⎪⎫m1＋λ，41＋λ，－31＋λ.∵F A →＝⎝ ⎛⎭⎪⎫0，－4λ1＋λ，－31＋λ，要使∠AFE 为直角，即F A →·FE →＝0，则0·m 1＋λ＋－4λ1＋λ·41＋λ＋－31＋λ·－31＋λ＝0，∴16λ＝9，解得λ＝916.15．在四棱锥A 1－ABCD 中，四边形ABCD 为正方形，AA 1⊥平面ABCD ，且AA 1＝AB ，则平面AA 1B 与平面A 1CD 所成角的大小为________． 答案 45°解析 以点A 为坐标原点，AB ，AD ，AA 1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，设正方形ABCD 的边长为1，可求得平面AA 1B 的一个法向量为n 1＝(0,1,0)，平面A 1CD 的一个法向量为n 2＝(0,1,1)，所以cos 〈n 1，n 2〉＝n 1·n 2|n 1||n 2|＝22.又平面AA 1B 与平面A 1CD 所成的角是锐角，所以平面AA 1B 与平面A 1CD 所成角的大小为45°.16．(2017·江苏镇江一模)在四棱锥P －ABCD 中，P A ⊥底面ABCD ，AD ⊥AB ，AB ∥DC ，AD ＝DC ＝AP ＝2，AB ＝1，点E 是棱PC 的中点．(1)求直线BE 与平面PBD 所成角的正弦值；(2)若点F 为棱PC 上一点，满足BF ⊥AC ，求二面角F －AB －P 的正弦值． 解 (1)以{AB →，AD →，AP →}为正交基底建立如图所示的空间直角坐标系A －xyz ，可得B (1,0,0)，C (2,2,0)，D (0,2,0)，P (0,0,2)． 由点E 为棱PC 的中点， 得E (1,1,1)．故BE →＝(0,1,1)，BD →＝(－1,2,0)，PB →＝(1,0，－2)． 设n ＝(x ，y ，z )为平面PBD 的法向量，则⎩⎪⎨⎪⎧n ·BD →＝0，n ·PB →＝0，即⎩⎪⎨⎪⎧－x ＋2y ＝0，x －2z ＝0，不妨令y ＝1，则x ＝2，z ＝1，可得n ＝(2,1,1)为平面PBD 的法向量， 于是cos 〈n ，BE →〉＝n ·BE →|n ||BE →|＝26·2＝33，所以直线BE 与平面PBD 所成角的正弦值为33. (2)BC →＝(1,2,0)，CP →＝(－2，－2,2)，AC →＝(2,2,0)，AB →＝(1,0,0)． 由点F 在棱PC 上，设CF →＝λCP →，0≤λ≤1， 故BF →＝BC →＋CF →＝BC →＋λCP →＝(1－2λ，2－2λ，2λ)． 由BF ⊥AC ，得BF →·AC →＝0， 因此2(1－2λ)＋2(2－2λ)＝0， 解得λ＝34，即BF →＝⎝⎛⎭⎫－12，12，32. 设n 1＝(x ，y ，z )为平面F AB 的法向量，则⎩⎪⎨⎪⎧ n 1·AB →＝0，n 1·BF →＝0，即⎩⎪⎨⎪⎧x ＝0，－12x ＋12y ＋32z ＝0，不妨令z ＝1，可得n 1＝(0，－3,1)为平面F AB 的法向量，取平面ABP 的法向量n 2＝(0,1,0)， 则cos 〈n 1，n 2〉＝n 1·n 2|n 1||n 2|＝－31010，即sin 〈n 1，n 2〉＝1010. 故二面角F －AB －P 的正弦值为1010.。
2019版高考数学大一轮复习江苏专版文档：第八章 立体
§8.3直线、平面平行的判定与性质考情考向分析直线、平面平行的判定及其性质是高考中的重点考查内容，涉及线线平行、线面平行、面面平行的判定及其应用等内容．题型主要以解答题的形式出现，解题要求有较强的推理论证能力，广泛应用转化与化归的思想．1．线面平行的判定定理和性质定理2.面面平行的判定定理和性质定理知识拓展重要结论：(1)垂直于同一条直线的两个平面平行，即若a⊥α，a⊥β，则α∥β.(2)垂直于同一个平面的两条直线平行，即若a⊥α，b⊥α，则a∥b.(3)平行于同一个平面的两个平面平行，即若α∥β，β∥γ，则α∥γ.题组一思考辨析1．判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)(1)若一条直线平行于一个平面内的一条直线，则这条直线平行于这个平面．(×)(2)若一条直线平行于一个平面，则这条直线平行于这个平面内的任一条直线．(×)(3)如果一个平面内的两条直线平行于另一个平面，那么这两个平面平行．(×)(4)如果两个平面平行，那么分别在这两个平面内的两条直线平行或异面．(√)(5)若直线a与平面α内无数条直线平行，则a∥α.(×)(6)若α∥β，直线a∥α，则a∥β.(×)题组二教材改编2．[P45练习T2]下面给出了几个结论：①若一个平面内的一条直线平行于另一个平面，则这两个平面平行；②若一个平面内任何一条直线都平行于另一个平面，则这两个平面平行；③若两个平面没有公共点，则这两个平面平行；④平行于同一条直线的两个平面必平行．其中，结论正确的是________．(请把正确结论的序号都填上)答案②③解析①错误，若一个平面内的一条直线平行于另一个平面，则这两个平面平行或相交．②正确，任何直线包括两条相交直线，故能判定两平面平行．③正确，由面面平行的定义可得知．④错误，平行于同一条直线的两个平面平行或相交．3．[P35练习T5]如图，在正方体ABCD－A1B1C1D1中，E为DD1的中点，则BD1与平面AEC 的位置关系为________．答案平行解析连结BD，设BD∩AC＝O，连结EO，在△BDD1中，E为DD1的中点，O为BD的中点，所以EO为△BDD1的中位线，则BD1∥EO，而BD1⊄平面ACE，EO⊂平面ACE，所以BD1∥平面ACE.题组三易错自纠4．设l为直线，α，β是两个不同的平面．下列命题中正确的是________．(填序号)①若l∥α，l∥β，则α∥β；②若l⊥α，l⊥β，则α∥β；③若l⊥α，l∥β，则α∥β；④若α⊥β，l∥α，则l⊥β.答案②解析l∥α，l∥β，则α与β可能平行，也可能相交，故①项错；由“垂直于同一条直线的两个平面平行”可知②项正确；由l⊥α，l∥β可知α⊥β，故③项错；由α⊥β，l∥α可知l 与β可能平行，也可能l⊂β，也可能相交，故④项错．5．(2017·盐城二模)已知α，β为两个不同的平面，m，n为两条不同的直线，下列命题中正确的是________．(填上所有正确命题的序号)①若α∥β，m⊂α，则m∥β；②若m∥α，n⊂α，则m∥n；③若α⊥β，α∩β＝n，m⊥n，则m⊥β.答案①解析①这是面面平行的性质，正确；②只能确定m，n没有公共点，有可能异面，错误；③当m⊂α时，才能保证m⊥β，错误．6.如图是长方体被一平面所截得的几何体，四边形EFGH为截面，则四边形EFGH的形状为________．答案平行四边形解析 ∵平面ABFE ∥平面DCGH ，又平面EFGH ∩平面ABFE ＝EF ，平面EFGH ∩平面DCGH ＝HG ， ∴EF ∥HG .同理EH ∥FG ， ∴四边形EFGH 是平行四边形.题型一 直线与平面平行的判定与性质命题点1 直线与平面平行的判定典例 如图，在四棱锥E －ABCD 中，平面EAB ⊥平面ABCD ，四边形ABCD 为矩形，EA ⊥EB ，M ，N 分别是AE ，CD 的中点．求证：(1)MN ∥平面EBC ； (2)EA ⊥平面EBC . 证明 (1)取BE 的中点F ， 连结CF ，MF ，因为M 是AE 的中点， 所以MF 綊12AB ，又N 是矩形ABCD 边CD 的中点， 所以NC 綊12AB ，所以MF 綊NC ，所以四边形MNCF 是平行四边形，所以MN ∥CF . 又MN ⊄平面EBC ，CF ⊂平面EBC ， 所以MN ∥平面EBC .(2)在矩形ABCD 中，BC ⊥AB .又平面EAB ⊥平面ABCD ，平面ABCD ∩平面EAB ＝AB ，BC ⊂平面ABCD ，所以BC ⊥平面EAB .又EA ⊂平面EAB ，所以BC ⊥EA .又EA ⊥EB ，BC ∩EB ＝B ，EB ，BC ⊂平面EBC ， 所以EA ⊥平面EBC .命题点2 直线与平面平行的性质典例 (2018届盐城中学调研)如图所示，P 为平行四边形ABCD 所在平面外一点，M ，N 分别为AB ，PC 的中点，平面P AD ∩平面PBC ＝l .(1)求证：BC ∥l ；(2)MN 与平面P AD 是否平行？试证明你的结论．(1)证明 因为BC ∥AD ，AD ⊂平面P AD ，BC ⊄平面P AD ， 所以BC ∥平面P AD .又平面P AD ∩平面PBC ＝l ，BC ⊂平面PBC ， 所以BC ∥l .(2)解 MN ∥平面P AD .证明如下： 如图所示，取PD 的中点E ，连结AE ，EN .因为N 为PC 的中点， 所以EN 綊12DC .又AM 綊12DC ，所以EN 綊AM ，即四边形AMNE 为平行四边形，所以AE ∥MN . 又MN ⊄平面P AD ，AE ⊂平面P AD ， 所以MN ∥平面P AD .思维升华 判断或证明线面平行的常用方法 (1)利用线面平行的定义(无公共点)．(2)利用线面平行的判定定理(a ⊄α，b ⊂α，a ∥b ⇒a ∥α)．(3)利用面面平行的性质(α∥β，a⊂α⇒a∥β)．(4)利用面面平行的性质(α∥β，a⊄α，a⊄β，a∥α⇒a∥β)．跟踪训练(2018届阜宁中学联考)如图，已知正三棱柱(底面是正三角形，侧面是矩形的棱柱)ABC－A′B′C′中，D是AA′上的点，E是B′C′的中点，且A′E∥平面DBC′.试判断点D在AA′上的位置，并给出证明．解D为AA′的中点．证明如下：如图，取BC的中点F，连结AF，EF，设EF与BC′交于点O，连结DO，易证A′E∥AF，A′，E，F，A共面．因为A′E∥平面DBC′，A′E⊂平面A′EF A，且平面DBC′∩平面A′EF A＝DO，所以A′E∥DO.在平行四边形A′EF A中，因为O是EF的中点(因为EC′∥BC，且EC′＝BF)，所以D为AA′的中点．题型二平面与平面平行的判定与性质典例如图所示，在三棱柱ABC－A1B1C1中，E，F，G，H分别是AB，AC，A1B1，A1C1的中点，求证：(1)B，C，H，G四点共面；(2)平面EF A1∥平面BCHG.证明(1)∵G，H分别是A1B1，A1C1的中点，∴GH是△A1B1C1的中位线，∴GH∥B1C1.又∵B1C1∥BC，∴GH∥BC，∴B，C，H，G四点共面．(2)∵E，F分别是AB，AC的中点，∴EF∥BC.∵EF⊄平面BCHG，BC⊂平面BCHG，∴EF∥平面BCHG.∵A1G綊EB，∴四边形A1EBG是平行四边形，∴A1E∥GB.又∵A1E⊄平面BCHG，GB⊂平面BCHG，∴A1E∥平面BCHG.又∵A1E∩EF＝E，A1E，EF⊂平面EF A1，∴平面EF A1∥平面BCHG.引申探究在本例条件下，若D1，D分别为B1C1，BC的中点，求证：平面A1BD1∥平面AC1D. 证明如图所示，连结A1C交AC1于点M，∵四边形A1ACC1是平行四边形，∴M是A1C的中点，连结MD，∵D为BC的中点，∴A1B∥DM.∵A1B⊂平面A1BD1，DM⊄平面A1BD1，∴DM∥平面A1BD1.又由三棱柱的性质知，D1C1綊BD，∴四边形BDC1D1为平行四边形，∴DC1∥BD1.又DC1⊄平面A1BD1，BD1⊂平面A1BD1，∴DC1∥平面A1BD1.又∵DC1∩DM＝D，DC1，DM⊂平面AC1D，∴平面A1BD1∥平面AC1D.思维升华证明面面平行的方法(1)面面平行的定义．(2)面面平行的判定定理：如果一个平面内有两条相交直线都平行于另一个平面，那么这两个平面平行．(3)利用垂直于同一条直线的两个平面平行．(4)两个平面同时平行于第三个平面，那么这两个平面平行．(5)利用“线线平行”“线面平行”“面面平行”的相互转化．跟踪训练如图所示，四边形ABCD与四边形ADEF都为平行四边形，M，N，G分别是AB，AD，EF的中点．求证：(1)BE∥平面DMF；(2)平面BDE∥平面MNG.证明(1)如图所示，设DF与GN交于点O，连结AE，则AE必过点O，连结MO，则MO为△ABE的中位线，所以BE∥MO.又因为BE⊄平面DMF，MO⊂平面DMF，所以BE∥平面DMF.(2)因为N，G分别为平行四边形ADEF的边AD，EF的中点，所以DE∥GN.因为DE⊄平面MNG，GN⊂平面MNG，所以DE∥平面MNG.因为M为AB的中点，所以MN为△ABD的中位线，所以BD∥MN.因为BD⊄平面MNG，MN⊂平面MNG，所以BD∥平面MNG.因为DE∩BD＝D，DE⊂平面BDE，BD⊂平面BDE，所以平面BDE∥平面MNG.题型三平行关系的综合应用典例如图所示，平面α∥平面β，点A∈α，点C∈α，点B∈β，点D∈β，点E，F分别在线段AB，CD上，且AE∶EB＝CF∶FD.(1)求证：EF∥平面β；(2)若E，F分别是AB，CD的中点，AC＝4，BD＝6，且AC，BD所成的角为60°，求EF 的长．(1)证明①当AB，CD在同一平面内时，由平面α∥平面β，平面α∩平面ABDC＝AC，平面β∩平面ABDC＝BD知，AC∥BD.∵AE∶EB＝CF∶FD，∴EF∥BD.又EF⊄β，BD⊂β，∴EF∥平面β.②当AB与CD异面时，如图所示，设平面ACD∩平面β＝DH，且DH＝AC，∵平面α∥平面β，平面α∩平面ACDH＝AC，∴AC∥DH，∴四边形ACDH是平行四边形，在AH上取一点G，使AG∶GH＝CF∶FD，连结EG，FG，BH.又∵AE∶EB＝CF∶FD＝AG∶GH，∴GF∥HD，EG∥BH.又EG∩GF＝G，BH∩HD＝H，∴平面EFG∥平面β.又EF⊂平面EFG，∴EF∥平面β.综合①②可知，EF∥平面β.(2)解 如图所示，连结AD ，取AD 的中点M ，连结ME ，MF .∵E ，F 分别为AB ，CD 的中点， ∴ME ∥BD ，MF ∥AC ， 且ME ＝12BD ＝3，MF ＝12AC ＝2.∴∠EMF 为AC 与BD 所成的角或其补角， ∴∠EMF ＝60°或120°. ∴在△EFM 中，由余弦定理得 EF ＝ME 2＋MF 2－2ME ·MF ·cos ∠EMF ＝32＋22±2×3×2×12＝13±6，即EF ＝7或EF ＝19.思维升华 利用线面平行的性质，可以实现与线线平行的转化，尤其在截面图的画法中，常用来确定交线的位置，对于最值问题，常用函数思想来解决．跟踪训练 如图所示，四边形EFGH 为空间四边形ABCD 的一个截面，若截面为平行四边形．(1)求证：AB ∥平面EFGH ，CD ∥平面EFGH ；(2)若AB ＝4，CD ＝6，求四边形EFGH 周长的取值范围． (1)证明 ∵四边形EFGH 为平行四边形， ∴EF ∥HG .∵HG ⊂平面ABD ，EF ⊄平面ABD ， ∴EF ∥平面ABD .又∵EF ⊂平面ABC ，平面ABD ∩平面ABC ＝AB ， ∴EF ∥AB ，又∵AB ⊄平面EFGH ，EF ⊂平面EFGH ， ∴AB ∥平面EFGH .同理可证，CD ∥平面EFGH . (2)解 设EF ＝x (0<x <4)， ∵EF ∥AB ，FG ∥CD ，∴CF CB ＝x 4，则FG 6＝BF BC ＝BC －CF BC ＝1－x 4.∴FG ＝6－32x .∵四边形EFGH 为平行四边形，∴四边形EFGH 的周长l ＝2⎝⎛⎭⎫x ＋6－32x ＝12－x . 又∵0<x <4，∴8<l <12，即四边形EFGH 周长的取值范围是(8,12)．1．若直线l 与平面α不平行，则下列结论正确的是________．(填序号) ①α内的所有直线都与直线l 异面； ②α内不存在与l 平行的直线； ③α内的直线都与l 相交； ④直线l 与平面α有公共点． 答案 ④解析 直线l 与平面α不平行，则直线l 与平面α有如下关系：l ⊂α或l 与α相交．若l ⊂α，则在α内存在无数条直线与之平行，故①②③均不正确，④正确．2．已知异面直线a ，b 外的一点M ，那么过点M 可以作________个平面与直线a ，b 都平行． 答案 0或1解析 过点M 分别作直线a ，b 的平行线，若其中一条平行线与已知直线a 或b 相交，则这样的平面不存在．否则过点M 的两条相交直线确定的平面与a ，b 都平行． 3．已知两个不同的平面α，β和两条不重合的直线m ，n ，有下列四个命题： ①若m ∥α，n ∥α，则m ∥n ；②若m ∥α，n ∥α，m ，n ⊂β，则α∥β； ③若m ∥n ，n ⊂α，则m ∥α； ④若α∥β，m ⊂α，则m ∥β. 其中正确命题的个数为________． 答案 1解析 由m ∥α，n ∥α，得m 与n 相交或平行或异面，所以①不正确；由m ∥α，n ∥α，m ，n ⊂β，得α，β相交或平行，所以②不正确；由m ∥n ，n ⊂α，得m ∥α或m ⊂α，所以③不正确；由α∥β，m ⊂α，得m ∥β，所以④正确．4．一条直线l 上有相异的三个点A ，B ，C 到平面α的距离相等，那么直线l 与平面α的位置关系是________．答案l∥α或l⊂α解析当l∥α时，直线l上任意点到α的距离都相等；当l⊂α时，直线l上所有的点到α的距离都是0；当l⊥α时，直线l上有两个点到α的距离相等；当l与α斜交时，也只能有两个点到α的距离相等．5．对于空间中的两条直线m，n和一个平面α，下列命题中的真命题是________．(填序号) ①若m∥α，n∥α，则m∥n；②若m∥α，n⊂α，则m∥n；③若m∥α，n⊥α，则m∥n；④若m⊥α，n⊥α，则m∥n.答案④解析对①，直线m，n可能平行、异面或相交，故①错误；对②，直线m与n可能平行，也可能异面，故②错误；对③，m与n垂直而非平行，故③错误；对④，垂直于同一平面的两直线平行，故④正确．6．如图，L，M，N分别为正方体对应棱的中点，则平面LMN与平面PQR的位置关系是________．答案平行解析如图，分别取另三条棱的中点A，B，C，将平面LMN延展为平面正六边形AMBNCL，因为PQ∥AL，PR∥AM，且PQ与PR相交，AL与AM相交，所以平面PQR∥平面AMBNCL，即平面LMN∥平面PQR.7．在四面体A－BCD中，M，N分别是△ACD，△BCD的重心，则四面体的四个面中与MN平行的是________．答案平面ABD与平面ABC解析如图，取CD的中点E，连结AE，BE，则EM∶MA＝1∶2，EN∶BN＝1∶2，所以MN∥AB.所以MN∥平面ABD，MN∥平面ABC.8．设α，β，γ是三个不同的平面，m，n是两条不同的直线，在命题“α∩β＝m，n⊂γ，且________，则m∥n”中的横线处填入下列三组条件中的一组，使该命题为真命题．①α∥γ，n⊂β；②m∥γ，n∥β；③n∥β，m⊂γ.可以填入的条件有________．答案①或③解析由面面平行的性质定理可知，①正确；当n∥β，m⊂γ时，n和m在同一平面内，且没有公共点，所以平行，③正确．9.如图所示，在正四棱柱ABCD—A1B1C1D1中，E，F，G，H分别是棱CC1，C1D1，D1D，DC的中点，N是BC的中点，点M在四边形EFGH及其内部运动，则M只需满足条件______时，就有MN∥平面B1BDD1.(注：请填上你认为正确的一个条件即可，不必考虑全部可能情况)答案点M在线段FH上(或点M与点H重合)解析连结HN，FH，FN，则FH∥DD1，HN∥BD，∴平面FHN∥平面B1BDD1，只需M∈FH，则MN⊂平面FHN，∴MN∥平面B1BDD1.10．将一个真命题中的“平面”换成“直线”、“直线”换成“平面”后仍是真命题，则该命题称为“可换命题”．给出下列四个命题：①垂直于同一平面的两直线平行；②垂直于同一平面的两平面平行；③平行于同一直线的两直线平行；④平行于同一平面的两直线平行．其中是“可换命题”的是________．(填序号) 答案①③解析由线面垂直的性质定理可知①是真命题，且垂直于同一直线的两平面平行也是真命题，故①是“可换命题”；因为垂直于同一平面的两平面可能平行或相交，所以②是假命题，不是“可换命题”；由公理4可知③是真命题，且平行于同一平面的两平面平行也是真命题，故③是“可换命题”；因为平行于同一平面的两条直线可能平行、相交或异面，故④是假命题，故④不是“可换命题”．11.如图，在四棱锥P —ABCD 中，平面P AD ⊥平面ABCD ，底面ABCD 为梯形，AB ∥CD ，AB ＝2DC ＝23，且△P AD 与△ABD 均为正三角形，E 为AD 的中点，G 为△P AD 的重心．(1)求证：GF ∥平面PDC ； (2)求三棱锥G —PCD 的体积．(1)证明 方法一 连结AG 并延长交PD 于点H ，连结CH .由梯形ABCD 中AB ∥CD 且AB ＝2DC 知，AF FC ＝21.又E 为AD 的中点，G 为△P AD 的重心，∴AG GH ＝21. 在△AHC 中，AG GH ＝AF FC ＝21，故GF ∥HC .又HC ⊂平面PCD ，GF ⊄平面PCD ， ∴GF ∥平面PDC .方法二 过G 作GN ∥AD 交PD 于N ，过F 作FM ∥AD 交CD 于M ，连结MN ，∵G 为△P AD 的重心，GN ED ＝PG PE ＝23，∴GN ＝23ED ＝233.又ABCD 为梯形，AB ∥CD ，CD AB ＝12，∴CF AF ＝12，∴MF AD ＝13，∴MF ＝233，∴GN ＝FM . 又由所作GN ∥AD ，FM ∥AD ，得GN ∥FM ， ∴四边形GNMF 为平行四边形． ∴GF ∥MN ，又∵GF ⊄平面PCD ，MN ⊂平面PCD ， ∴GF ∥平面PDC .方法三 过G 作GK ∥PD 交AD 于K ，连结KF ，GK ，由△P AD 为正三角形，E 为AD 的中点，G 为△P AD 的重心，得DK ＝23DE ，∴DK ＝13AD ，又由梯形ABCD 中AB ∥CD ，且AB ＝2DC ， 知AF FC ＝21，即FC ＝13AC ，∴在△ADC 中，KF ∥CD ， 又∵GK ∩KF ＝K ，PD ∩CD ＝D ， ∴平面GKF ∥平面PDC ，又GF ⊂平面GKF ，∴GF ∥平面PDC .(2)解 方法一 由平面P AD ⊥平面ABCD ，△P AD 与△ABD 均为正三角形，E 为AD 的中点，知PE ⊥AD ，BE ⊥AD ，又∵平面P AD ∩平面ABCD ＝AD ，PE ⊂平面P AD ， ∴PE ⊥平面ABCD ，且PE ＝3， 由(1)知GF ∥平面PDC ，∴V 三棱锥G —PCD ＝V 三棱锥F —PCD ＝V 三棱锥P —CDF ＝13×PE ×S △CDF . 又由梯形ABCD 中AB ∥CD ，且AB ＝2DC ＝23，知DF ＝13BD ＝233，又△ABD 为正三角形，得∠CDF ＝∠ABD ＝60°， ∴S △CDF ＝12×CD ×DF ×sin ∠BDC ＝32，得V 三棱锥P —CDF ＝13×PE ×S △CDF ＝32，∴三棱锥G —PCD 的体积为32. 方法二 由平面P AD ⊥平面ABCD ，△P AD 与△ABD 均为正三角形，E 为AD 的中点，知PE ⊥AD ，BE ⊥AD ，又∵平面P AD ∩平面ABCD ＝AD ，PE ⊂平面P AD ， ∴PE ⊥平面ABCD ，且PE ＝3， 连结CE ，∵PG ＝23PE ，∴V 三棱锥G —PCD ＝23V 三棱锥E —PCD ＝23V 三棱锥P —CDE＝23×13×PE ×S △CDE ， 又△ABD 为正三角形，得∠EDC ＝120°， 得S △CDE ＝12×CD ×DE ×sin ∠EDC ＝334.∴V 三棱锥G —PCD ＝23×13×PE ×S △CDE＝23×13×3×334＝32， ∴三棱锥G —PCD 的体积为32. 12.如图，在四棱锥P －ABCD 中，PD ⊥平面ABCD ，底面ABCD 为正方形，BC ＝PD ＝2，E 为PC 的中点，CB ＝3CG .(1)求证：PC ⊥BC ；(2)AD 边上是否存在一点M ，使得P A ∥平面MEG ？若存在，求出AM 的长；若不存在，请说明理由．(1)证明 因为PD ⊥平面ABCD ，BC ⊂平面ABCD ， 所以PD ⊥BC .因为四边形ABCD 是正方形，所以BC ⊥CD . 又PD ∩CD ＝D ，PD ，CD ⊂平面PCD ， 所以BC ⊥平面PCD .因为PC ⊂平面PDC ，所以PC ⊥BC .(2)解 连结AC ，BD 交于点O ，连结EO ，GO ，延长GO 交AD 于点M ，连结EM ，则P A ∥平面MEG . 证明如下：因为E 为PC 的中点，O 是AC 的中点， 所以EO ∥P A .因为EO ⊂平面MEG ，P A ⊄平面MEG ， 所以P A ∥平面MEG . 因为△OCG ≌△OAM ，所以AM ＝CG ＝23，所以AM 的长为23.13.在四面体ABCD 中，截面PQMN 是正方形，则在下列结论中正确的是________．(填序号)①AC ⊥BD ； ②AC ∥截面PQMN ； ③AC ＝BD ；④异面直线PM 与BD 所成的角为45°. 答案 ①②④解析 因为截面PQMN 是正方形，所以MN ∥QP ， 又PQ ⊂平面ABC ，MN ⊄平面ABC ，则MN ∥平面ABC ， 由线面平行的性质知MN ∥AC ，又MN ⊂平面PQMN ，AC ⊄平面PQMN ，则AC ∥截面PQMN ，同理可得MQ ∥BD ，又MN ⊥QM ，则AC ⊥BD ，故①②正确．又因为BD ∥MQ ，所以异面直线PM 与BD 所成的角等于PM 与QM 所成的角，即为45°，故④正确．14．过三棱柱ABC —A 1B 1C 1的任意两条棱的中点作直线，其中与平面ABB 1A 1平行的直线共有________条．答案 6解析 过三棱柱ABC —A 1B 1C 1的任意两条棱的中点作直线，其中与平面ABB 1A 1平行的直线只可能落在平面DEFG 中(其中D ，E ，F ，G 分别为AC ，BC ，B 1C 1，A 1C 1的中点)．易知经过D ，E ，F ，G 中任意两点的直线共有C 24＝6(条)．15.如图，已知正方体ABCD －A 1B 1C 1D 1的棱长为1，点P 是平面AA 1D 1D 的中心，点Q 是正方形A 1B 1C 1D 1的对角线B 1D 1上一点，且PQ ∥平面AA 1B 1B ，则线段PQ 的长为________．答案22解析 由题意，知当且仅当点Q 为B 1D 1的中点时，PQ ∥平面AA 1B 1B . 证明如下：取A 1D 1的中点O ，连结OQ ，OP ， 则OQ ∥A 1B 1，OP ∥A 1A . 故平面OPQ ∥平面ABB 1A 1， 又PQ ⊂平面OPQ ， 则PQ ∥平面ABB 1A 1.在Rt △POQ 中，OQ ＝OP ＝12，所以PQ ＝22.16．在三棱锥S －ABC 中，△ABC 是边长为6的正三角形，SA ＝SB ＝SC ＝15，平面DEFH 分别与AB ，BC ，SC ，SA 交于点D ，E ，F ，H .D ，E 分别是AB ，BC 的中点，如果直线SB ∥平面DEFH ，那么四边形DEFH 的面积为________． 答案452解析 如图，取AC 的中点G ，连结SG ，BG .易知SG ⊥AC ，BG ⊥AC ，SG ∩BG ＝G ，SG ，BG ⊂平面SGB ， 故AC ⊥平面SGB ， 所以AC ⊥SB .因为SB ∥平面DEFH ，SB ⊂平面SAB ，平面SAB ∩平面DEFH ＝HD ，则SB ∥HD . 同理SB ∥FE .又D ，E 分别为AB ，BC 的中点， 则H ，F 也为AS ，SC 的中点， 从而得HF 綊12AC 綊DE ，所以四边形DEFH 为平行四边形． 又AC ⊥SB ，SB ∥HD ，DE ∥AC ， 所以DE ⊥HD ，所以四边形DEFH 为矩形，其面积S ＝HF ·HD ＝⎝⎛⎭⎫12AC ·⎝⎛⎭⎫12SB ＝452.。
2019版高考数学大一轮复习江苏专版文档：第八章 立体
§8.4 直线、平面垂直的判定与性质考情考向分析 直线、平面垂直的判定及其性质是高考中的重点考查内容，涉及线线垂直、线面垂直、面面垂直的判定及其应用等内容．题型主要以解答题的形式出现，解题要求有较强的推理论证能力，广泛应用转化与化归的思想．1．直线与平面垂直 (1)定义如果直线l 与平面α内的任意一条直线都垂直，则直线l 与平面α互相垂直，记作l ⊥α，直线l 叫做平面α的垂线，平面α叫做直线l 的垂面． (2)判定定理与性质定理2.直线和平面所成的角 (1)定义平面的一条斜线和它在这个平面内的射影所成的锐角，叫做这条直线与这个平面所成的角．若一条直线垂直于平面，它们所成的角是直角，若一条直线和平面平行，或在平面内，它们所成的角是0°的角． (2)范围：⎣⎡⎦⎤0，π2. 3．平面与平面垂直 (1)二面角的有关概念①二面角：一条直线和由这条直线出发的两个半平面所组成的图形叫做二面角；②二面角的平面角：以二面角的棱上任意一点为端点，在两个面内分别作垂直于棱的射线，这两条射线所成的角叫做二面角的平面角． (2)平面和平面垂直的定义如果两个平面所成的二面角是直二面角，那么就说这两个平面互相垂直． (3)平面与平面垂直的判定定理与性质定理知识拓展 重要结论(1)若一条直线垂直于一个平面，则它垂直于这个平面内的任何一条直线(证明线线垂直的一个重要方法)．(2)垂直于同一条直线的两个平面平行．(3)一条直线垂直于两平行平面中的一个，则这条直线与另一个平面也垂直．题组一 思考辨析1．判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”) (1)直线l 与平面α内的无数条直线都垂直，则l ⊥α.( × ) (2)垂直于同一个平面的两平面平行．( × ) (3)若α⊥β，a ⊥β，则a ∥α.( × )(4)若直线a ⊥平面α，直线b ∥α，则直线a 与b 垂直．( √ )(5)若平面α内的一条直线垂直于平面β内的无数条直线，则α⊥β.( × ) 题组二 教材改编2．[P45练习T2]下列命题中正确的是________．(填序号)①如果平面α⊥平面β，那么平面α内一定存在直线平行于平面β；②如果平面α不垂直于平面β，那么平面α内一定不存在直线垂直于平面β； ③如果平面α⊥平面γ，平面β⊥平面γ，α∩β＝l ，那么l ⊥平面γ； ④如果平面α⊥平面β，那么平面α内所有直线都垂直于平面β.答案①②③解析对于④，若平面α⊥平面β，则平面α内的直线可能不垂直于平面β，即与平面β的关系还可以是斜交、平行或在平面β内，①②③均是正确的．3．[P42习题T11,16]在三棱锥P－ABC中，点P在平面ABC中的射影为点O.(1)若P A＝PB＝PC，则点O是△ABC的________心；(2)若P A⊥PB，PB⊥PC，PC⊥P A，则点O是△ABC的________心．答案(1)外(2)垂解析(1)如图1，连结OA，OB，OC，OP，在Rt△POA，Rt△POB和Rt△POC中，P A＝PC＝PB，所以OA＝OB＝OC，即O为△ABC的外心．(2)如图2，延长AO，BO，CO分别交BC，AC，AB于H，D，G.∵PC⊥P A，PB⊥PC，P A∩PB ＝P，∴PC⊥平面P AB，又AB⊂平面P AB，∴PC⊥AB，∵AB⊥PO，PO∩PC＝P，∴AB⊥平面PGC，又CG⊂平面PGC，∴AB⊥CG，即CG为△ABC边AB上的高．同理可证BD，AH分别为△ABC边AC，BC上的高，即O为△ABC的垂心．题组三易错自纠4．“直线l垂直于平面α内的无数条直线”是“l⊥α”的________条件．(填“充分不必要”“必要不充分”“充要”或“既不充分又不必要”)答案必要不充分解析这无数条直线可能是一组平行直线，此时l与α可能不垂直．5.如图所示，在正方体ABCD—A1B1C1D1中，点O，M，N分别是线段BD，DD1，D1C1的中点，则直线OM与AC，MN的位置关系是________．答案垂直解析因为DD1⊥平面ABCD，所以AC⊥DD1，又因为AC⊥BD，DD1∩BD＝D，所以AC⊥平面BDD1B1，因为OM⊂平面BDD1B1，所以OM⊥AC.设正方体的棱长为2，则OM＝1＋2＝3，MN＝1＋1＝2，ON＝1＋4＝5，所以OM2＋MN2＝ON2，所以OM⊥MN.6.如图所示，AB是半圆O的直径，VA垂直于半圆O所在的平面，点C是圆周上不同于A，B的任意一点，M，N分别为VA，VC的中点，则下列结论正确的是________．(填序号)①MN∥AB；②平面VAC⊥平面VBC；③MN与BC所成的角为45°；④OC⊥平面VAC.答案②解析由题意得BC⊥AC，因为VA⊥平面ABC，BC⊂平面ABC，所以VA⊥BC.因为AC∩VA＝A，所以BC⊥平面VAC.因为BC⊂平面VBC，所以平面VAC⊥平面VBC.故②正确．题型一 直线与平面垂直的判定与性质典例 (2017·苏锡常镇四市调研) 如图，在斜三棱柱ABC －A 1B 1C 1中，侧面AA 1C 1C 是菱形，AC 1与A 1C 交于点O ，E 是棱AB 上一点，且OE ∥平面BCC 1B 1.(1)求证：E 是AB 的中点； (2)若AC 1⊥A 1B ，求证：AC 1⊥BC .证明(1)连结BC 1，因为OE ∥平面BCC 1B 1，OE ⊂平面ABC 1，平面BCC 1B 1∩平面ABC 1＝BC 1， 所以OE ∥BC 1.因为侧面AA 1C 1C 是菱形， AC 1∩A 1C ＝O ， 所以O 是AC 1的中点，所以AE EB ＝AO OC 1＝1，E 是AB 的中点．(2)因为侧面AA 1C 1C 是菱形，所以AC 1⊥A 1C ， 又AC 1⊥A 1B ，A 1C ∩A 1B ＝A 1，A 1C ，A 1B ⊂平面A 1BC ， 所以AC 1⊥平面A 1BC ，又因为BC ⊂平面A 1BC ，所以AC 1⊥BC . 思维升华 证明线面垂直的常用方法及关键(1)证明直线和平面垂直的常用方法：①判定定理；②面面平行的性质(a ⊥α，α∥β⇒a ⊥β)；③面面垂直的性质．(2)证明线面垂直的关键是证线线垂直，而证明线线垂直则需借助线面垂直的性质．因此，判定定理与性质定理的合理转化是证明线面垂直的基本思想．跟踪训练 (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AA1C1C；(2)BC1⊥AB1.证明(1)由题意知，E为B1C的中点，又D为AB1的中点，因此DE∥AC.又因为DE⊄平面AA1C1C，AC⊂平面AA1C1C，所以DE∥平面AA1C1C.(2)因为棱柱ABC-A1B1C1是直三棱柱，所以CC1⊥平面ABC.因为AC⊂平面ABC，所以AC⊥CC1.又因为AC⊥BC，CC1⊂平面BCC1B1，BC⊂平面BCC1B1，BC∩CC1＝C，所以AC⊥平面BCC1B1.又因为BC1⊂平面BCC1B1，所以BC1⊥AC.因为BC＝CC1，所以矩形BCC1B1是正方形，因此BC1⊥B1C.因为AC，B1C⊂平面B1AC，AC∩B1C＝C，所以BC1⊥平面B1AC.又因为AB1⊂平面B1AC，所以BC1⊥AB1.题型二平面与平面垂直的判定与性质典例如图，在四棱锥P－ABCD中，AB⊥AC，AB⊥P A，AB∥CD，AB＝2CD，E，F，G，M，N分别为PB，AB，BC，PD，PC的中点．(1)求证：CE∥平面P AD；(2)求证：平面EFG⊥平面EMN.证明 (1)方法一 取P A 的中点H ，连结EH ，DH .因为E 为PB 的中点， 所以EH 綊12AB .又CD 綊12AB ，所以EH 綊CD .所以四边形DCEH 是平行四边形，所以CE ∥DH . 又DH ⊂平面P AD ，CE ⊄平面P AD ， 所以CE ∥平面P AD . 方法二 连结CF .因为F 为AB 的中点， 所以AF ＝12AB .又CD ＝12AB ，所以AF ＝CD .又AF ∥CD ，所以四边形AFCD 为平行四边形． 因此CF ∥AD ，又CF ⊄平面P AD ，AD ⊂平面P AD ， 所以CF ∥平面P AD .因为E ，F 分别为PB ，AB 的中点，所以EF ∥P A . 又EF ⊄平面P AD ，P A ⊂平面P AD ， 所以EF ∥平面P AD .因为CF ∩EF ＝F ，故平面CEF ∥平面P AD . 又CE ⊂平面CEF ，所以CE ∥平面P AD .(2)因为E ，F 分别为PB ，AB 的中点，所以EF ∥P A . 又因为AB ⊥P A ，所以EF⊥AB，同理可证AB⊥FG.又因为EF∩FG＝F，EF，FG⊂平面EFG，所以AB⊥平面EFG，所以AB垂直于平面EFG内的任意一条直线．又因为M，N分别为PD，PC的中点，所以MN∥CD，又AB∥CD，所以MN∥AB，所以MN垂直于平面EFG内的任意一条直线，所以MN⊥平面EFG.又因为MN⊂平面EMN，所以平面EFG⊥平面EMN.引申探究1．在本例条件下，证明：平面EMN⊥平面P AC.证明因为AB⊥P A，AB⊥AC，且P A∩AC＝A，P A，AC⊂平面P AC，所以AB⊥平面P AC.又MN∥CD，CD∥AB，所以MN∥AB，所以MN⊥平面P AC.又MN⊂平面EMN，所以平面EMN⊥平面P AC.2．在本例条件下，证明：平面EFG∥平面P AC.证明因为E，F，G分别为PB，AB，BC的中点，所以EF∥P A，FG∥AC，又EF⊄平面P AC，P A⊂平面P AC，所以EF∥平面P AC.同理FG∥平面P AC.又EF∩FG＝F，所以平面EFG∥平面P AC.思维升华(1)判定面面垂直的方法①面面垂直的定义；②面面垂直的判定定理(a⊥β，a⊂α⇒α⊥β)．(2)在已知平面垂直时，一般要用性质定理进行转化．在一个平面内作交线的垂线，转化为线面垂直，然后进一步转化为线线垂直．跟踪训练(2014·江苏)如图，在三棱锥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：(1)直线P A ∥平面DEF ； (2)平面BDE ⊥平面ABC .证明 (1)因为D ，E 分别为棱PC ，AC 的中点， 所以DE ∥P A .又因为P A ⊄平面DEF ，DE ⊂平面DEF ， 所以直线P A ∥平面DEF .(2)因为D ，E ，F 分别为棱PC ，AC ，AB 的中点，P A ＝6，BC ＝8， 所以DE ∥P A ，DE ＝12P A ＝3，EF ＝12BC ＝4.又因为DF ＝5，故DF 2＝DE 2＋EF 2， 所以∠DEF ＝90°，即DE ⊥EF . 又P A ⊥AC ，DE ∥P A ，所以DE ⊥AC .因为AC ∩EF ＝E ，AC ⊂平面ABC ，EF ⊂平面ABC ， 所以DE ⊥平面ABC ， 又DE ⊂平面BDE ， 所以平面BDE ⊥平面ABC . 题型三 垂直关系中的探索性问题典例 如图所示，平面ABCD ⊥平面BCE ，四边形ABCD 为矩形，BC ＝CE ，点F 为CE 的中点．(1)证明：AE ∥平面BDF ；(2)点M 为CD 上任意一点，在线段AE 上是否存在点P ，使得PM ⊥BE ？若存在，确定点P 的位置，并加以证明；若不存在，请说明理由． (1)证明 连结AC 交BD 于点O ，连结OF .∵四边形ABCD是矩形，∴O为AC的中点．又F为EC的中点，∴OF∥AE.又OF⊂平面BDF，AE⊄平面BDF，∴AE∥平面BDF.(2)解当点P为AE的中点时，有PM⊥BE，证明如下：取BE的中点H，连结DP，PH，CH.∵P为AE的中点，H为BE的中点，∴PH∥AB.又AB∥CD，∴PH∥CD，∴P，H，C，D四点共面．∵平面ABCD⊥平面BCE，且平面ABCD∩平面BCE＝BC，CD⊥BC，CD⊂平面ABCD，∴CD⊥平面BCE.又BE⊂平面BCE，∴CD⊥BE，∵BC＝CE，且H为BE的中点，∴CH⊥BE.又CH∩CD＝C，且CH，CD⊂平面DPHC，∴BE⊥平面DPHC.又PM⊂平面DPHC，∴PM⊥BE.思维升华(1)对于线面关系中的存在性问题，首先假设存在，然后在该假设条件下，利用线面关系的相关定理、性质进行推理论证，寻找假设满足的条件，若满足则肯定假设，若得出矛盾的结论则否定假设．(2)对于探索性问题用向量法比较容易入手．一般先假设存在，设出空间点的坐标，转化为代数方程是否有解的问题，若有解且满足题意则存在，若有解但不满足题意或无解则不存在．跟踪训练如图，在三棱柱ABC－A1B1C1中，侧棱AA1⊥底面ABC，M为棱AC的中点．AB ＝BC，AC＝2，AA1＝ 2.(1)求证：B1C∥平面A1BM；(2)求证：AC1⊥平面A1BM；(3)在棱BB1上是否存在点N，使得平面AC1N⊥平面AA1C1C？如果存在，求此时BNBB1的值；如果不存在，请说明理由．(1)证明连结AB1与A1B，两线交于点O，连结OM.在△B1AC中，∵M，O分别为AC，AB1的中点，∴OM∥B1C，又∵OM⊂平面A1BM，B1C⊄平面A1BM，∴B1C∥平面A1BM.(2)证明∵侧棱AA1⊥底面ABC，BM⊂平面ABC，∴AA1⊥BM，又∵M为棱AC的中点，AB＝BC，∴BM⊥AC.∵AA1∩AC＝A，AA1，AC⊂平面ACC1A1，∴BM⊥平面ACC1A1，∴BM⊥AC1.∵AC＝2，∴AM＝1.又∵AA1＝2，∴在Rt△ACC1和Rt△A1AM中，tan∠AC1C＝tan∠A1MA＝2，∴∠AC1C＝∠A1MA，即∠AC1C＋∠C1AC＝∠A1MA＋∠C1AC＝90°，∴A1M⊥AC1.∵BM∩A1M＝M，BM，A1M⊂平面A1BM，∴AC1⊥平面A1BM.(3)解 当点N 为BB 1的中点，即BN BB 1＝12时，平面AC 1N ⊥平面AA 1C 1C . 证明如下：设AC 1的中点为D ，连结DM ，DN .∵D ，M 分别为AC 1，AC 的中点， ∴DM ∥CC 1，且DM ＝12CC 1.又∵N 为BB 1的中点，∴DM ∥BN ，且DM ＝BN ， ∴四边形BNDM 为平行四边形， ∴BM ∥DN ，∵BM ⊥平面ACC 1A 1，∴BM 垂直于平面ACC 1A 1内的任意一条直线， ∴DN 垂直于平面ACC 1A 1内的任意一条直线， ∴DN ⊥平面AA 1C 1C . 又∵DN ⊂平面AC 1N ， ∴平面AC 1N ⊥平面AA 1C 1C .立体几何证明问题中的转化思想典例 (14分)如图所示，M ，N ，K 分别是正方体ABCD —A 1B 1C 1D 1的棱AB ，CD ，C 1D 1的 中点．求证：(1)AN ∥平面A 1MK ； (2)平面A 1B 1C ⊥平面A 1MK .思想方法指导 (1)线面平行、垂直关系的证明问题的指导思想是线线、线面、面面关系的相互转化，交替使用平行、垂直的判定定理和性质定理．(2)线线关系是线面关系、面面关系的基础．证明过程中要注意利用平面几何中的结论，如证明平行时常用的中位线、平行线分线段成比例；证明垂直时常用的等腰三角形的中线等．(3)证明过程一定要严谨，使用定理时要对照条件，步骤书写要规范．规范解答证明(1)如图所示，连结NK.在正方体ABCD—A1B1C1D1中，∵四边形AA1D1D，DD1C1C都为正方形，∴AA1∥DD1，AA1＝DD1，C1D1∥CD，C1D1＝CD.[2分]∵N，K分别为CD，C1D1的中点，∴DN∥D1K，DN＝D1K，∴四边形DD1KN为平行四边形，[3分]∴KN∥DD1，KN＝DD1，∴AA1∥KN，AA1＝KN，∴四边形AA1KN为平行四边形，∴AN∥A1K.[4分]又∵A1K⊂平面A1MK，AN⊄平面A1MK，∴AN∥平面A1MK.[6分](2)如图所示，连结BC1.在正方体ABCD—A1B1C1D1中，AB∥C1D1，AB＝C1D1.∵M，K分别为AB，C1D1的中点，∴BM∥C1K，BM＝C1K，∴四边形BC1KM为平行四边形，∴MK∥BC1.[8分]在正方体ABCD—A1B1C1D1中，A1B1⊥平面BB1C1C，BC1⊂平面BB1C1C，∴A1B1⊥BC1.∵MK∥BC1，∴A1B1⊥MK.[10分]∵四边形BB1C1C为正方形，∴BC1⊥B1C，[12分]∴MK⊥B1C.∵A1B1⊂平面A1B1C，B1C⊂平面A1B1C，A1B1∩B1C＝B1，∴MK⊥平面A1B1C.又∵MK⊂平面A1MK，∴平面A1B1C⊥平面A1MK.[14分]1．若平面α⊥平面β，平面α∩平面β＝直线l，则下列说法中正确的为________．(填序号)①垂直于平面β的平面一定平行于平面α；②垂直于直线l的直线一定垂直于平面α；③垂直于平面β的平面一定平行于直线l；④垂直于直线l的平面一定与平面α，β都垂直．答案④解析对于①，垂直于平面β的平面与平面α平行或相交，故①错误；对于②，垂直于直线l的直线与平面α垂直、斜交、平行或在平面α内，故②错误；对于③，垂直于平面β的平面与直线l平行或相交，故③错误．④正确．2．若平面α，β满足α⊥β，α∩β＝l，P∈α，P∉l，则下列命题中是假命题的为________．(填序号)①过点P垂直于平面α的直线平行于平面β；②过点P垂直于直线l的直线在平面α内；③过点P垂直于平面β的直线在平面α内；④过点P且在平面α内垂直于l的直线必垂直于平面β.答案②解析由于过点P垂直于平面α的直线必平行于平面β内垂直于交线的直线，因此也平行于平面β，因此①正确；过点P垂直于直线l的直线有可能垂直于平面α，不一定在平面α内，因此②不正确；根据面面垂直的性质定理，知③④正确．3．设α，β是两个不同的平面，l，m是两条不同的直线，且l⊂α，m⊂β，则下列命题正确的是________．(填序号)①若l⊥β，则α⊥β；②若α⊥β，则l⊥m；③若l∥β，则α∥β；④若α∥β，则l∥m.答案①解析对于①，∵l⊥β，l⊂α，∴α⊥β，①正确；对于②，α⊥β，l⊂α，m⊂β，l与m的位置关系不确定；对于③，∵l∥β，l⊂α，∴α∥β或α与β相交；对于④，∵α∥β，l⊂α，m ⊂β，此时，l与m的位置关系不确定．4．已知m和n是两条不同的直线，α和β是两个不重合的平面，则下面给出的条件中一定能推出m⊥β的是________．(填序号)①α⊥β且m⊂α；②α⊥β且m∥α；③m∥n且n⊥β；④m⊥n且n∥β.答案③解析对于①，由α⊥β且m⊂α，可得m∥β或m与β相交或m⊂β，故①不成立；对于②，由α⊥β且m∥α，可得m⊂β或m∥β或m与β相交，故②不成立；对于③，由m∥n且n⊥β，可得m⊥β，故③成立；对于④，由m⊥n且n∥β，可得m∥β或m与β相交或m⊂β，故④不成立．5．设α，β是空间两个不同的平面，m，n是平面α及β外的两条不同直线．从“①m⊥n；②α⊥β；③n⊥β；④m⊥α”中选取三个作为条件，余下一个作为结论，写出你认为正确的一个命题：________.(用序号表示)答案①③④⇒②(或②③④⇒①)解析逐一判断．若①②③成立，则m与α的位置关系不确定，故①②③⇒④错误；同理①②④⇒③也错误；①③④⇒②与②③④⇒①均正确．6.如图所示，直线P A垂直于⊙O所在的平面，△ABC内接于⊙O，且AB为⊙O的直径，点M为线段PB的中点．现有结论：①BC⊥PC；②OM∥平面APC；③点B到平面P AC的距离等于线段BC的长．其中正确的是________．(填序号)答案①②③解析对于①，∵P A⊥平面ABC，∴P A⊥BC，∵AB为⊙O的直径，∴BC⊥AC，∵AC∩P A＝A，∴BC⊥平面P AC，又PC⊂平面P AC，∴BC⊥PC；对于②，∵点M为线段PB的中点，∴OM∥P A，∵P A⊂平面P AC，OM⊄平面P AC，∴OM∥平面P AC；对于③，由①知BC⊥平面P AC，∴线段BC的长即是点B到平面P AC的距离，故①②③都正确．7.如图，已知P A⊥平面ABC，BC⊥AC，则图中直角三角形的个数为________．答案 4解析 ∵P A ⊥平面ABC ，AB ，AC ，BC ⊂平面ABC ，∴P A ⊥AB ，P A ⊥AC ，P A ⊥BC ，则△P AB ，△P AC 为直角三角形．由BC ⊥AC ，且AC ∩P A ＝A ，得BC ⊥平面P AC ，从而BC ⊥PC ，因此△ABC ，△PBC 也是直角三角形．8. 如图所示，在四棱锥P －ABCD 中，P A ⊥底面ABCD ，且底面各边都相等，M 是PC 上的一动点，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)答案 DM ⊥PC (或BM ⊥PC 等)解析 ∵P A ⊥底面ABCD ，∴BD ⊥P A ，连结AC ，则BD ⊥AC ，且P A ∩AC ＝A ，∴BD ⊥平面P AC ，∴BD ⊥PC .∴当DM ⊥PC (或BM ⊥PC 等)时，即有PC ⊥平面MBD ， 而PC ⊂平面PCD ，∴平面MBD ⊥平面PCD .9.如图，∠BAC ＝90°，PC ⊥平面ABC ，则在△ABC 和△P AC 的边所在的直线中，与PC 垂直的直线有________；与AP 垂直的直线有________．答案 AB ，BC ，AC AB解析 ∵PC ⊥平面ABC ，∴PC 垂直于直线AB ，BC ，AC ；∵AB ⊥AC ，AB ⊥PC ，AC ∩PC ＝C ，∴AB ⊥平面P AC ，∴与AP 垂直的直线是AB .10.如图，在直三棱柱ABC －A 1B 1C 1中，侧棱长为2，AC ＝BC ＝1，∠ACB ＝90°，D 是A 1B 1的中点，F 是BB 1上的动点，AB 1，DF 交于点E ，要使AB 1⊥平面C 1DF ，则线段B 1F 的长为________．答案 12解析 设B 1F ＝x ，因为AB 1⊥平面C 1DF ，DF ⊂平面C 1DF ， 所以AB 1⊥DF . 由已知可得A 1B 1＝2，设Rt △AA 1B 1斜边AB 1上的高为h ， 则DE ＝12h .又12×2×2＝12×h 22＋(2)2， 所以h ＝233，DE ＝33.在Rt △DB 1E 中， B 1E ＝⎝⎛⎭⎫222－⎝⎛⎭⎫332＝66. 由面积相等得12×66×x 2＋⎝⎛⎭⎫222＝12×22x ， 得x ＝12.11.如图，在正方体ABCD －A 1B 1C 1D 1中，E ，F ，P ，Q ，M ，N 分别是棱AB ，AD ，DD 1，BB 1，A 1B 1，A 1D 1的中点．求证：(1)直线BC 1∥平面EFPQ ； (2)直线AC 1⊥平面PQMN .证明 (1)如图，连结AD 1，由ABCD －A 1B 1C 1D 1是正方体，知AD 1∥BC 1，因为F ，P 分别是AD ，DD 1的中点，所以FP ∥AD 1， 从而BC 1∥FP . 而FP ⊂平面EFPQ ，且BC1⊄平面EFPQ，故直线BC1∥平面EFPQ.(2)连结AC，BD，则AC⊥BD.由CC1⊥平面ABCD，BD⊂平面ABCD，可得CC1⊥BD.又AC∩CC1＝C，AC，CC1⊂平面ACC1，所以BD⊥平面ACC1.而AC1⊂平面ACC1，所以BD⊥AC1.因为M，N分别是A1B1，A1D1的中点，所以MN∥BD，从而MN⊥AC1.同理可证PN⊥AC1.又PN∩MN＝N，PN，MN⊂平面PQMN，所以直线AC1⊥平面PQMN.12．(2016·江苏)如图，在直三棱柱ABC—A1B1C1中，D，E分别为AB，BC的中点，点F在侧棱B1B上，且B1D⊥A1F，A1C1⊥A1B1.求证：(1)直线DE∥平面A1C1F；(2)平面B1DE⊥平面A1C1F.证明(1)由已知，DE为△ABC的中位线，∴DE∥AC，又由三棱柱的性质可得AC∥A1C1，∴DE∥A1C1，且DE⊄平面A1C1F，A1C1⊂平面A1C1F，∴DE∥平面A1C1F.(2)在直三棱柱ABC—A1B1C1中，AA1⊥平面A1B1C1，∴AA1⊥A1C1，又∵A1B1⊥A1C1，且A1B1∩AA1＝A1，∴A1C1⊥平面ABB1A1，∵B1D⊂平面ABB1A1，∴A1C1⊥B1D，又∵A1F⊥B1D，且A1F∩A1C1＝A1，∴B1D⊥平面A1C1F，又∵B1D⊂平面B1DE，∴平面B1DE⊥平面A1C1F.13.如图，在斜三棱柱ABC－A1B1C1中，∠BAC＝90°，BC1⊥AC，则C1在底面ABC上的射影H必在直线________上．答案AB解析由AC⊥AB，AC⊥BC1，∴AC⊥平面ABC1.又∵AC⊂平面ABC，∴平面ABC1⊥平面ABC.∴C1在平面ABC上的射影H必在两平面交线AB上．14.如图，P A⊥圆O所在的平面，AB是圆O的直径，C是圆O上的一点，E，F分别是点A 在PB，PC上的射影，给出下列结论：①AF⊥PB；②EF⊥PB；③AF⊥BC；④AE⊥平面PBC.其中正确结论的序号是________．答案①②③解析由题意知P A⊥平面ABC，∴P A⊥BC.又AC⊥BC，且P A∩AC＝A，P A，AC⊂平面P AC，∴BC⊥平面P AC，∴BC⊥AF.∵AF⊥PC，且BC∩PC＝C，BC，PC⊂平面PBC，∴AF⊥平面PBC，∴AF⊥PB，又AE⊥PB，AE∩AF＝A，AE，AF⊂平面AEF，∴PB⊥平面AEF，∴PB⊥EF.故①②③正确．15.如图，在直角梯形ABCD中，BC⊥DC，AE⊥DC，且E为CD的中点，M，N分别是AD，BE的中点，将△ADE沿AE折起，则下列说法正确的是______．(写出所有正确说法的序号)①不论D折至何位置(不在平面ABC内)，都有MN∥平面DEC；②不论D折至何位置(不在平面ABC内)，都有MN⊥AE；③不论D折至何位置(不在平面ABC内)，都有MN∥AB；④在折起过程中，一定存在某个位置，使EC⊥AD.答案①②④解析由已知，在未折叠的原梯形中，AB∥DE，BE∥AD，所以四边形ABED为平行四边形，所以BE＝AD，折叠后如图所示．①过点M作MP∥DE，交AE于点P，连结NP.因为M，N分别是AD，BE的中点，所以点P为AE的中点，故NP∥EC.又MP∩NP＝P，DE∩CE＝E，所以平面MNP∥平面DEC，故MN∥平面DEC，①正确；②由已知，AE⊥ED，AE⊥EC，所以AE⊥MP，AE⊥NP，又MP∩NP＝P，所以AE⊥平面MNP，又MN⊂平面MNP，所以MN⊥AE，②正确；③假设MN∥AB，则MN与AB确定平面MNBA，从而BE⊂平面MNBA，AD⊂平面MNBA，与BE和AD是异面直线矛盾，③错误；④当EC⊥ED时，EC⊥AD.因为EC ⊥EA ，EC ⊥ED ，EA ∩ED ＝E ，所以EC ⊥平面AED ，AD ⊂平面AED ，所以EC ⊥AD ，④正确．16. 点P 在正方体ABCD —A 1B 1C 1D 1的面对角线BC 1上运动，给出下列命题： ①三棱锥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.其中正确的命题序号是________．答案 ①②④解析 连结BD 交AC 于点O ，连结DC 1交D 1C 于点O 1，连结OO 1，则OO 1∥BC 1，所以BC 1∥平面AD 1C ，动点P 到平面AD 1C 的距离不变，所以三棱锥P —AD 1C 的体积不变．又因为1—P AD C V 三棱锥＝1—A D PC V 三棱锥，所以①正确； 因为平面A 1C 1B ∥平面AD 1C ，A 1P ⊂平面A 1C 1B ，所以A 1P ∥平面ACD 1，②正确；由于当点P 在B 点时，DB 不垂直于BC 1，即DP 不垂直BC 1，故③不正确； 由于DB 1⊥D 1C ，DB 1⊥AD 1，D 1C ∩AD 1＝D 1，所以DB 1⊥平面AD 1C .又因为DB 1⊂平面PDB 1，所以平面PDB 1⊥平面ACD 1，④正确．。
2019版高考数学一轮复习第八章平面解析几何第
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[小题体验]
1．若直线 3x＋ y＋ a＝ 0过圆 x2＋ y2＋ 2x－ 4y＝ 0的圆心，则 a 的值为 A．－ 1 C． 3 B． 1 D．－ 3 ( )
解析：圆的方程可化为(x＋1)2＋(y－2)2＝5， ∵直线经过圆的圆心(－1,2)， ∴3×(－1)＋2＋a＝0，得a＝1.
答案：B
2． (2018· 浙江五校联考)若点(2a， a＋ 1)在圆 x2＋ (y－ 1)2＝ 5的 内部，则实数 a的取值范围是 A． (－ 1,1)
答案：B
2． (2018· 永康模拟 )设 a∈ R，则 “a>1”是“方程 x2＋ 2ax＋ y2＋ 1 ＝ 0的曲线是圆”的 A．充分不必要条件 C．充要条件 B．必要不充分条件 D．既不充分也不必要条件 ( )
解析：因为方程是圆，所以可转化为(x＋a)2＋y2＝a2－1， 即a2－1>0，解得a>1或a<－1.所以当“a>1”时，有a2－1>0， 得曲线方程是圆的方程；当曲线方程是圆的方程时，有a>1 或a<－1，不一定得到a>1.所以是充分不必要条件．
1 C．－ 1， 5
(
)
B． (0,1)
1 D．－ ， 1 5
解析：因为点在圆内，所以(2a)2＋(a＋1－1)2<5，解得－ 1<a<1.故实数a的取值范围是(－1,1)．
答案：A
3．(2018· 湖州调研 )若圆 C与圆 x2＋y2＋ 2x＝0关于直线 x＋ y－1 ＝ 0对称，则圆心 C的坐标为 ________；圆 C的一般方程是 ________．
2.点与圆的位置关系 点 M(x0， y0)与圆 (x－ a)2＋ (y－ b)2＝ r2 的位置关系：
2019届高考数学(文科)江苏版1轮复习练习：第8章 平面解析几何 2 第2讲 分层演练直击高考含解析
1．已知点P (4，a )到直线4x －3y －1＝0的距离不大于3，则a 的取值范围是________．[解析] 由题意得，点到直线的距离为|4×4－3×a －1|5＝|15－3a |5. 又|15－3a |5≤3， 即|15－3a |≤15，解得，0≤a ≤10，所以a ∈[0，10]．[答案] [0，10]2．若直线l 1：ax ＋2y ＝0和直线l 2：2x ＋(a ＋1)y ＋1＝0垂直，则实数a 的值为________．[解析] 由2a ＋2(a ＋1)＝0得a ＝－12. [答案] －123．直线l 经过两直线7x ＋5y －24＝0和x －y ＝0的交点，且过点(5，1)，则l 的方程是________．[解析] 设l 的方程为7x ＋5y －24＋λ(x －y )＝0，即(7＋λ)x ＋(5－λ)y －24＝0，则(7＋λ)×5＋5－λ－24＝0.解得λ＝－4.故l 的方程为x ＋3y －8＝0.[答案] x ＋3y －8＝04．(2018·江西省名校调研改编)已知倾斜角为α的直线l 与直线x ＋2y －3＝0垂直，则cos ⎝⎛⎭⎫2 015π2－2α的值为________． [解析] 由题意可知tan α＝2，所以cos ⎝⎛⎭⎫2 015π2－2α＝cos ⎝⎛⎭⎫1 006π＋3π2－2α＝－sin 2α＝－2sin αcos αsin 2α＋cos 2α＝－2tan α1＋tan 2α＝－45. [答案] －455．已知两条直线l 1：ax ＋by ＋c ＝0直线l 2：mx ＋ny ＋p ＝0，则“an ＝bm ”是“直线l 1∥l 2”的________条件．[解析] l 1∥l 2⇒an －bm ＝0且ap －cm ≠0⇒l 1∥l 2.[答案] 必要不充分6．(2018·扬州模拟)已知点P (3，2)与点Q (1，4)关于直线l 对称，则直线l 的方程为________．[解析] 由题意知直线l 与直线PQ 垂直，直线PQ 的斜率k PQ ＝－1，所以直线l 的斜率k ＝－1k PQ＝1.又直线l 经过PQ 的中点(2，3)，所以直线l 的方程为y －3＝x －2，即x －y ＋1＝0.[答案] x －y ＋1＝07．点A (1，1)到直线x cos θ＋y sin θ－2＝0的距离的最大值为________．[解析] 由点到直线的距离公式，得d ＝|cos θ＋sin θ－2|cos 2θ＋sin 2θ＝2－2sin ⎝⎛⎭⎫θ＋π4， 又θ∈R ，所以d max ＝2＋ 2.[答案] 2＋ 28．已知A ，B 两点分别在两条互相垂直的直线2x －y ＝0和x ＋ay ＝0上，且AB 线段的中点为P ⎝⎛⎭⎫0，10a ，则线段AB 的长为________． [解析] 依题意，a ＝2，P (0，5)，设A (x ，2x )，B (－2y ，y )，故⎩⎪⎨⎪⎧x －2y ＝0，2x ＋y ＝10，则 A (4，8)，B (－4，2)，所以AB ＝（4＋4）2＋（8－2）2＝10. [答案] 109．点P 到点A (1，0)和直线x ＝－1的距离相等，且点P 到直线y ＝x 的距离为22，这样的点P 的个数是________．[解析] 因为点P 到点A 和定直线距离相等，所以P 点轨迹为抛物线，方程为y 2＝4x .设P (t 2，2t )，则22＝|t 2－2t |2，解得t 1＝1，t 2＝1＋2，t 3＝1－2，故P 点有三个． [答案] 310．在直角坐标系中，A (4，0)，B (0，4)，从点P (2，0)射出的光线经直线AB 反射后，。
2019版高考数学大一轮复习江苏专版文档：第八章 立体几何与空间向量8-5 含答案 精品
§8.5 空间向量及其运算考情考向分析 本节是空间向量的基础内容，涉及空间直角坐标系、空间向量的有关概念、定理、公式及四种运算等内容．一般不单独命题，常以简单几何体为载体；以解答题的形式出现，考查平行、垂直关系的判断和证明及空间角的计算，解题要求有较强的运算能力．1．空间向量的有关概念2．空间向量中的有关定理 (1)共线向量定理对空间任意两个向量a ，b (a ≠0)，b 与a 共线的充要条件是存在实数λ，使得b ＝λa . (2)共面向量定理如果两个向量a ，b 不共线，那么向量p 与向量a ，b 共面的充要条件是存在有序实数组(x ，y )，使得p ＝x a ＋y b . (3)空间向量基本定理如果三个向量e 1，e 2，e 3不共面，那么对空间任一向量p ，存在唯一的有序实数组(x ，y ，z )，使得p ＝x e 1＋y e 2＋z e 3. 3．空间向量的数量积及运算律 (1)数量积及相关概念 ①两向量的夹角a ，b 是空间两个非零向量，过空间任意一点O ，作OA →＝a ，OB →＝b ，则∠AOB 叫做向量a 与向量b 的夹角，记作〈a ，b 〉，其范围是0≤〈a ，b 〉≤π，若〈a ，b 〉＝π2，则称a 与b 互相垂直，记作a ⊥b . ②两向量的数量积已知空间两个非零向量a ，b ，则|a ||b |cos 〈a ，b 〉叫做向量a ，b 的数量积，记作a ·b ，即a ·b ＝|a ||b |cos 〈a ，b 〉． (2)空间向量数量积的运算律 ①(λa )·b ＝λ(a ·b )； ②交换律：a ·b ＝b ·a ； ③分配律：a ·(b ＋c )＝a ·b ＋a ·c . 4．空间向量的坐标表示及其应用 设a ＝(a 1，a 2，a 3)，b ＝(b 1，b 2，b 3).知识拓展1．向量三点共线定理在平面中A ，B ，C 三点共线的充要条件是：OA →＝xOB →＋yOC →(其中x ＋y ＝1)，O 为平面内任意一点．2．向量四点共面定理在空间中P ，A ，B ，C 四点共面的充要条件是：OP →＝xOA →＋yOB →＋zOC →(其中x ＋y ＋z ＝1)，O 为空间中任意一点．题组一 思考辨析1．判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”) (1)空间中任意两个非零向量a ，b 共面．( √ ) (2)在向量的数量积运算中(a ·b )·c ＝a ·(b ·c )．( × ) (3)对于非零向量b ，由a ·b ＝b ·c ，则a ＝c .( × )(4)两向量夹角的范围与两异面直线所成角的范围相同．( × )(5)若A ，B ，C ，D 是空间任意四点，则有AB →＋BC →＋CD →＋DA →＝0.( √ ) (6)若a·b <0，则〈a ，b 〉是钝角．( × ) 题组二 教材改编2．[P84练习T5]如图所示，在平行六面体ABCD —A 1B 1C 1D 1中，M 为A 1C 1与B 1D 1的交点．若AB →＝a ，AD →＝b ，AA 1→＝c ，则向量BM →可用a ，b ，c 表示为______________．答案 －12a ＋12b ＋c解析 BM →＝BB 1→＋B 1M →＝AA 1→＋12(AD →－AB →)＝c ＋12(b －a )＝－12a ＋12b ＋c .3．[P91练习T6]设a ＝(2,2m －3，n ＋2)，b ＝(4,2m ＋1，3n －2)，且a ∥b ，则实数m ，n 的值分别为________． 答案 72，6解析 ∵a ∥b ，∴24＝2m －32m ＋1＝n ＋23n －2，∴⎩⎪⎨⎪⎧m ＝72，n ＝6.题组三 易错自纠4．在空间直角坐标系中，已知A (1,2,3)，B (－2，－1,6)，C (3，2,1)，D (4,3,0)，则直线AB 与CD 的位置关系是________． 答案 平行解析 由题意得，AB →＝(－3，－3,3)，CD →＝(1,1，－1)，∴AB →＝－3CD →，∴AB →与CD →共线，又AB 与CD 没有公共点，∴AB ∥CD .5．与向量(－3，－4,5)共线的单位向量是__________________________________． 答案 ⎝⎛⎭⎫3210，225，－22和⎝⎛⎭⎫－3210，－225，22 解析 因为与向量a 共线的单位向量是±a|a |，又因为向量(－3，－4,5)的模为(－3)2＋(－4)2＋52＝52，所以与向量(－3，－4,5)共线的单位向量是±152(－3，－4，5)＝±210(－3，－4,5)．6．O 为空间中任意一点，A ，B ，C 三点不共线，且OP →＝34OA →＋18OB →＋tOC →，若P ，A ，B ，C四点共面，则实数t ＝________. 答案 18解析 ∵P ，A ，B ，C 四点共面， ∴34＋18＋t ＝1，∴t ＝18.题型一 空间向量的线性运算1.如图所示，在长方体ABCD －A 1B 1C 1D 1中，O 为AC 的中点．用AB →，AD →，AA 1→表示OC 1→，则OC 1→＝________________.答案 12AB →＋12AD →＋AA 1→解析 ∵OC →＝12AC →＝12(AB →＋AD →)， ∴OC 1→＝OC →＋CC 1→＝12(AB →＋AD →)＋AA 1→＝12AB →＋12AD →＋AA 1→. 2. 如图，在三棱锥O —ABC 中，M ，N 分别是AB ，OC 的中点，设OA →＝a ，OB →＝b ，OC →＝c ，用a ，b ，c 表示NM →，则NM →＝________.答案 12(a ＋b －c )解析 NM →＝NA →＋AM →＝(OA →－ON →)＋12AB →＝OA →－12OC →＋12(OB →－OA →)＝12OA →＋12OB →－12OC →＝12(a ＋b －c )． 思维升华 用已知向量表示某一向量的方法用已知向量来表示未知向量，一定要结合图形，以图形为指导是解题的关键．要正确理解向量加法、减法与数乘运算的几何意义．首尾相接的若干向量之和，等于由起始向量的始点指向末尾向量的终点的向量．在立体几何中三角形法则、平行四边形法则仍然成立． 题型二 共线定理、共面定理的应用典例 如图所示，已知斜三棱柱ABC —A 1B 1C 1，点M ，N 分别在AC 1和BC 上，且满足AM →＝kAC 1→，BN →＝kBC →(0≤k ≤1)．(1)向量MN →是否与向量AB →，AA 1→共面？ (2)直线MN 是否与平面ABB 1A 1平行？ 解 (1)∵AM →＝kAC 1→，BN →＝kBC →， ∴MN →＝MA →＋AB →＋BN →＝kC 1A →＋AB →＋kBC → ＝k (C 1A →＋BC →)＋AB →＝k (C 1A →＋B 1C 1→)＋AB → ＝kB 1A →＋AB →＝AB →－kAB 1→＝AB →－k (AA 1→＋AB →) ＝(1－k )AB →－kAA 1→，∴由共面向量定理知向量MN →与向量AB →，AA 1→共面． (2)当k ＝0时，点M ，A 重合，点N ，B 重合， MN 在平面ABB 1A 1内，当0<k ≤1时，MN 不在平面ABB 1A 1内， 又由(1)知MN →与AB →，AA 1→共面， ∴MN ∥平面ABB 1A 1.思维升华 (1)证明空间三点P ，A ，B 共线的方法 ①P A →＝λPB →(λ∈R )；②对空间任一点O ，OP →＝OA →＋tAB →(t ∈R )； ③对空间任一点O ，OP →＝xOA →＋yOB →(x ＋y ＝1)． (2)证明空间四点P ，M ，A ，B 共面的方法 ①MP →＝xMA →＋yMB →；②对空间任一点O ，OP →＝OM →＋xMA →＋yMB →；③对空间任一点O ，OP →＝xOM →＋yOA →＋zOB →(x ＋y ＋z ＝1)； ④PM →∥AB →(或P A →∥MB →或PB →∥AM →)．跟踪训练 如图，在四棱柱ABCD —A 1B 1C 1D 1中，底面ABCD 是平行四边形，E ，F ，G 分别是A 1D 1，D 1D ，D 1C 1的中点．(1)试用向量AB →，AD →，AA 1→表示AG →； (2)用向量方法证明平面EFG ∥平面AB 1C . (1)解 设AB →＝a ，AD →＝b ，AA 1→＝c . 由图得AG →＝AA 1→＋A 1D 1→＋D 1G →＝c ＋b ＋12DC →＝12a ＋b ＋c ＝12AB →＋AD →＋AA 1→.(2)证明 由题图，得AC →＝AB →＋BC →＝a ＋b ， EG →＝ED 1→＋D 1G →＝12b ＋12a ＝12AC →，∵EG 与AC 无公共点，∴EG ∥AC ，∵EG ⊄平面AB 1C ，AC ⊂平面AB 1C ， ∴EG ∥平面AB 1C .又∵AB 1→＝AB →＋BB 1→＝a ＋c ， FG →＝FD 1→＋D 1G →＝12c ＋12a ＝12AB 1→，∵FG 与AB 1无公共点，∴FG ∥AB 1，∵FG ⊄平面AB 1C ，AB 1⊂平面AB 1C ， ∴FG ∥平面AB 1C ，又∵FG ∩EG ＝G ，FG ，EG ⊂平面EFG ， ∴平面EFG ∥平面AB 1C . 题型三 空间向量数量积的应用典例 如图，已知平行六面体ABCD －A 1B 1C 1D 1中，底面ABCD 是边长为1的正方形，AA 1＝2，∠A 1AB ＝∠A 1AD ＝120°.(1)求线段AC 1的长；(2)求异面直线AC 1与A 1D 所成角的余弦值； (3)求证：AA 1⊥BD .(1)解 设AB →＝a ，AD →＝b ，AA 1→＝c ，则|a |＝|b |＝1，|c |＝2，a ·b ＝0，c ·a ＝c ·b ＝2×1×cos 120°＝－1. ∵AC 1→＝AC →＋CC 1→＝AB →＋AD →＋AA 1→＝a ＋b ＋c ， ∴|AC 1→|＝|a ＋b ＋c |＝(a ＋b ＋c )2 ＝|a |2＋|b |2＋|c |2＋2(a ·b ＋b ·c ＋c ·a ) ＝12＋12＋22＋2(0－1－1)＝ 2. ∴线段AC 1的长为 2.(2)解 设异面直线AC 1与A 1D 所成的角为θ， 则cos θ＝|cos 〈AC 1→，A 1D →〉|＝|AC 1→·A 1D →||AC 1→||A 1D →|.∵AC 1→＝a ＋b ＋c ，A 1D →＝b －c ， ∴AC 1→·A 1D →＝(a ＋b ＋c )·(b －c )＝a ·b －a ·c ＋b 2－c 2＝0＋1＋12－22＝－2， |A 1D →|＝(b －c )2＝|b |2－2b ·c ＋|c |2 ＝12－2×(－1)＋22＝7.∴cos θ＝|AC 1→·A 1D →||AC 1→||A 1D →|＝|－2|2×7＝147.故异面直线AC 1与A 1D 所成角的余弦值为147. (3)证明 ∵AA 1→＝c ，BD →＝b －a ，∴AA 1→·BD →＝c ·(b －a )＝c ·b －c ·a ＝(－1)－(－1)＝0，∴AA 1→⊥BD →，即AA 1⊥BD .思维升华 (1)利用向量的数量积可证明线段的垂直关系，也可以利用垂直关系，通过向量共线确定点在线段上的位置．(2)利用夹角公式，可以求异面直线所成的角，也可以求二面角． (3)可以通过|a |＝a 2，将向量的长度问题转化为向量数量积的问题求解．跟踪训练 如图，在平行六面体ABCD －A 1B 1C 1D 1中，以顶点A 为端点的三条棱长度都为1，且两两夹角为60°.(1)求AC 1→的长；(2)求BD 1→与AC →夹角的余弦值． 解 (1)记AB →＝a ，AD →＝b ，AA 1→＝c ，则|a |＝|b |＝|c |＝1，〈a ，b 〉＝〈b ，c 〉＝〈c ，a 〉＝60°， ∴a ·b ＝b ·c ＝c ·a ＝12.|AC 1→|2＝(a ＋b ＋c )2＝a 2＋b 2＋c 2＋2(a ·b ＋b ·c ＋c ·a )＝1＋1＋1＋2×⎝⎛⎭⎫12＋12＋12＝6， ∴|AC 1→|＝6，即AC 1的长为 6. (2)BD 1→＝b ＋c －a ，AC →＝a ＋b ， ∴|BD 1→|＝2，|AC →|＝3，BD 1→·AC →＝(b ＋c －a )·(a ＋b )＝b 2－a 2＋a ·c ＋b ·c ＝1， ∴cos 〈BD 1→，AC →〉＝BD 1→·AC →|BD 1→||AC →|＝66.即BD 1→与AC →夹角的余弦值为66.坐标法在立体几何中的应用典例 (10分)如图，已知直三棱柱ABC －A 1B 1C 1，在底面△ABC 中，CA ＝CB ＝1，∠BCA ＝90°，棱AA 1＝2，M ，N 分别是A 1B 1，A 1A 的中点．(1)求BN →的模；(2)求cos 〈BA 1→，CB 1→〉的值； (3)求证：A 1B ⊥C 1M .思想方法指导 利用向量解决立体几何问题时，首先要将几何问题转化成向量问题，通过建立坐标系利用向量的坐标进行求解． 规范解答(1)解 如图，以点C 作为坐标原点O ，CA ，CB ，CC 1所在直线分别为x 轴，y 轴，z 轴，建立空间直角坐标系．由题意得B (0,1,0)，N (1,0,1)，所以|BN →|＝(1－0)2＋(0－1)2＋(1－0)2＝ 3.[2分](2)解 由题意得A 1(1,0,2)，B (0,1,0)，C (0,0,0)，B 1(0，1,2)，所以BA 1→＝(1，－1,2)，CB 1→＝(0,1,2)， BA 1→·CB 1→＝3，|BA 1→|＝6，|CB 1→|＝5， 所以cos 〈BA 1→，CB 1→〉＝BA 1→·CB 1→|BA 1→||CB 1→|＝3010.[6分](3)证明 由题意得C 1(0,0,2)，M ⎝⎛⎭⎫12，12，2， A 1B →＝(－1,1，－2)，C 1M →＝⎝⎛⎭⎫12，12，0，[8分] 所以A 1B →·C 1M →＝－12＋12＋0＝0，所以A 1B →⊥C 1M →，即A 1B ⊥C 1M .[10分]1．在下列命题中：①若向量a ，b 共线，则向量a ，b 所在的直线平行；②若向量a ，b 所在的直线为异面直线，则向量a ，b 一定不共面； ③若三个向量a ，b ，c 两两共面，则向量a ，b ，c 共面；④已知空间的三个向量a ，b ，c ，则对于空间的任意一个向量p 总存在实数x ，y ，z 使得p ＝x a ＋y b ＋z c .其中正确命题的个数是________． 答案 0解析 a 与b 共线，a ，b 所在的直线也可能重合，故①不正确；根据自由向量的意义知，空间任意两向量a ，b 都共面，故②不正确；三个向量a ，b ，c 中任意两个一定共面，但它们三个却不一定共面，故③不正确；只有当a ，b ，c 不共面时，空间任意一向量p 才能表示为p ＝x a ＋y b ＋z c ，故④不正确，综上可知四个命题中正确的个数为0.2．已知向量a ＝(2m ＋1,3，m －1)，b ＝(2，m ，－m )，且a ∥b ，则实数m ＝________. 答案 －2解析 当m ＝0时，a ＝(1,3，－1)，b ＝(2,0,0)，a 与b 不平行，∴m ≠0， ∵a ∥b ，∴2m ＋12＝3m ＝m －1－m，解得m ＝－2.3．若直线l 的方向向量为a ＝(1,0,2)，平面α的法向量为n ＝(－2,0，－4)，则l 与α的位置关系为________． 答案 l ⊥α解析 ∵a ＝(1,0,2)，n ＝(－2,0，－4)， ∴n ＝－2a ，即a ∥n ，∴l ⊥α.4．已知a ＝(1,0,1)，b ＝(x,1,2)，且a·b ＝3，则向量a 与b 的夹角为________． 答案 π6解析 ∵a·b ＝x ＋2＝3，∴x ＝1，∴b ＝(1,1,2)， ∴cos 〈a ，b 〉＝a·b |a||b |＝32×6＝32，又∵〈a ，b 〉∈[0，π]，∴a 与b 的夹角为π6.5．已知a ＝(2,1，－3)，b ＝(－1,2,3)，c ＝(7,6，λ)，若a ，b ，c 三向量共面，则λ＝________. 答案 －9解析 由题意知c ＝x a ＋y b ， 即(7,6，λ)＝x (2,1，－3)＋y (－1,2,3)， ∴⎩⎪⎨⎪⎧2x －y ＝7，x ＋2y ＝6，－3x ＋3y ＝λ，解得λ＝－9.6.如图，在大小为45°的二面角A －EF －D 中，四边形ABFE ，CDEF 都是边长为1的正方形，则B ，D 两点间的距离是________．答案3－ 2解析 ∵BD →＝BF →＋FE →＋ED →，∴|BD →|2＝|BF →|2＋|FE →|2＋|ED →|2＋2BF →·FE →＋2FE →·ED →＋2BF →·ED →＝1＋1＋1－2＝3－2， 故|BD →|＝3－ 2.7．已知2a ＋b ＝(0，－5,10)，c ＝(1，－2，－2)，a·c ＝4，|b |＝12，则以b ，c 为方向向量的两直线的夹角为________． 答案 60°解析 由题意，得(2a ＋b )·c ＝0＋10－20＝－10， 即2a·c ＋b·c ＝－10.又∵a·c ＝4，∴b·c ＝－18， ∴cos 〈b ，c 〉＝b·c |b||c |＝－1812×1＋4＋4＝－12，又∵〈b ，c 〉∈[0°，180°]，∴〈b ，c 〉＝120°，∴两直线的夹角为60°.8. 如图所示，已知空间四边形OABC ，其对角线为OB ，AC ，M ，N 分别为OA ，BC 的中点，点G 在线段MN 上，且MG →＝2GN →，若OG →＝xOA →＋yOB →＋zOC →，则x ，y ，z 的值分别为______．答案 16，13，13解析 ∵OG →＝OM →＋MG →＝12OA →＋23MN →＝12OA →＋23(ON →－OM →)＝12OA →＋23ON →－23OM →＝12OA →＋23×12(OB →＋OC →)－23×12OA → ＝16OA →＋13OB →＋13OC →， 又OG →＝xOA →＋yOB →＋zOC →，∴x ＝16，y ＝z ＝13.9．A ，B ，C ，D 是空间不共面四点，且AB →·AC →＝0，AC →·AD →＝0，AB →·AD →＝0，则△BCD 的形状是________三角形．(填锐角、直角、钝角中的一个) 答案 锐角解析 因为BC →·BD →＝(AC →－AB →)·(AD →－AB →) ＝AC →·AD →－AC →·AB →－AB →·AD →＋AB →2 ＝AB →2>0，所以∠CBD 为锐角．同理∠BCD ，∠BDC 均为锐角． 10．已知ABCD －A 1B 1C 1D 1为正方体， ①(A 1A →＋A 1D 1→＋A 1B 1→)2＝3A 1B 1→2； ②A 1C →·(A 1B 1→－A 1A →)＝0；③向量AD 1→与向量A 1B →的夹角是60°；④正方体ABCD －A 1B 1C 1D 1的体积为|AB →·AA 1→·AD →|. 其中正确的序号是________． 答案 ①②解析 ①中，(A 1A →＋A 1D 1→＋A 1B 1→)2＝A 1A →2＋A 1D 1→2＋A 1B 1→2＝3A 1B 1→2，故①正确；②中，A 1B 1→－A 1A →＝AB 1→，因为AB 1⊥A 1C ，故②正确；③中，两异面直线A 1B 与AD 1所成的角为60°，但AD 1→与A 1B →的夹角为120°，故③不正确；④中，|AB →·AA 1→·AD →|＝0，故④也不正确． 11．已知空间三点A (－2,0,2)，B (－1,1,2)，C (－3,0,4)，设a ＝AB →，b ＝AC →. (1)若|c |＝3，且c ∥BC →，求向量c ； (2)求向量a 与向量b 的夹角的余弦值． 解 (1)∵c ∥BC →，BC →＝(－3,0,4)－(－1,1,2)＝(－2，－1,2)， ∴c ＝mBC →＝m (－2，－1,2)＝(－2m ，－m,2m )， ∴|c |＝(－2m )2＋(－m )2＋(2m )2＝3|m |＝3， ∴m ＝±1，∴c ＝(－2，－1,2)或(2,1，－2)． (2)∵a ＝(1,1,0)，b ＝(－1,0,2)， ∴a·b ＝(1,1,0)·(－1,0,2)＝－1， 又∵|a |＝12＋12＋02＝2， |b |＝(－1)2＋02＋22＝5，∴cos 〈a ，b 〉＝a·b |a||b |＝－110＝－1010，即向量a 与向量b 的夹角的余弦值为－1010. 12.如图所示，已知空间四边形ABCD 的每条边和对角线长都等于1，点E ，F ，G 分别是AB ，AD ，CD 的中点，计算：(1)EF →·BA →； (2)EG 的长；(3)异面直线AG 与CE 所成角的余弦值． 解 设AB →＝a ，AC →＝b ，AD →＝c ，则|a |＝|b |＝|c |＝1，〈a ，b 〉＝〈b ，c 〉＝〈c ，a 〉＝60°. (1)EF →＝12BD →＝12c －12a ，BA →＝－a ，EF →·BA →＝⎝⎛⎭⎫12c －12a ·(－a )＝12a 2－12a·c ＝14. (2)EG →＝EB →＋BC →＋CG →＝12AB →＋(AC →－AB →)＋12(AD →－AC →) ＝－12AB →＋12AC →＋12AD →＝－12a ＋12b ＋12c ，所以EG →2＝14(－a ＋b ＋c )2＝14(a 2＋b 2＋c 2－2a·b －2a·c ＋2b·c )＝12， 所以|EG →|＝22，即EG 的长为22.(3)AG →＝12(AC →＋AD →)＝12b ＋12c ，CE →＝CA →＋AE →＝－b ＋12a ，AG →·CE →＝⎝⎛⎭⎫12b ＋12c ⎝⎛⎭⎫－b ＋12a ＝12⎝⎛⎭⎫12a·b －|b |2＋12a·c －b·c ＝－12， |AG →|＝32，|CE →|＝32，cos 〈AG →，CE →〉＝AG →·CE →|AG →||CE →|＝－23，由于异面直线所成角的范围是⎝⎛⎦⎤0，π2， 所以异面直线AG 与CE 所成角的余弦值为23.13．在空间四边形ABCD 中，AB →·CD →＋AC →·DB →＋AD →·BC →＝________. 答案 0解析 如图，令AB →＝a ，AC →＝b ，AD →＝c ，则AB →·CD →＋AC →·DB →＋AD →·BC →＝a ·(c －b )＋b·(a －c )＋c·(b －a )＝a·c －a·b ＋b·a －b·c ＋c·b －c·a ＝0.14．若{a ，b ，c }是空间的一个基底，且向量p ＝x a ＋y b ＋z c ，则(x ，y ，z )叫向量p 在基底{a ，b ，c }下的坐标，已知{a ，b ，c }是空间的一个基底，{a ＋b ，a －b ，c }是空间的另一个基底，一向量p 在基底{a ，b ，c }下的坐标为(4,2,3)，则向量p 在基底{a ＋b ，a －b ，c }下的坐标是________． 答案 (3,1,3)解析 设p 在基底{a ＋b ，a －b ，c }下的坐标为x ，y ，z ， 则p ＝x (a ＋b )＋y (a －b )＋z c ＝(x ＋y )a ＋(x －y )b ＋z c ，① ∵p 在{a ，b ，c }下的坐标为(4,2,3)， ∴p ＝4a ＋2b ＋3c ，② 由①②得⎩⎪⎨⎪⎧ x ＋y ＝4，x －y ＝2，z ＝3，∴⎩⎪⎨⎪⎧x ＝3，y ＝1，z ＝3，即p 在{a ＋b ，a －b ，c }下的坐标为(3,1,3)．15.在三棱柱ABO －A ′B ′O ′中，∠AOB ＝90°，侧棱OO ′⊥平面OAB ，OA ＝OB ＝OO ′＝2.若C 为线段O ′A 的中点，在线段BB ′上有一点E ，使得EC 最小，则BEBB ′＝________.答案 12解析 由题意可得OA ，OB ，OO ′两两垂直，以O 为原点，以OA ，OB ，OO ′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 .由OA ＝OB ＝OO ′＝2，得A (2,0,0)，O ′(0,0,2)．由C 为线段O ′A 的中点，得点C 的坐标为(1,0,1)．设点E 的坐标为(0,2，h )，则EC ＝(0－1)2＋(2－0)2＋(h －1)2＝(h －1)2＋5.故当h ＝1时，EC 取得最小值，为5，此时E (0,2,1)为线段BB ′的中点，所以BE BB ′＝12.16．已知O 点为空间直角坐标系的原点，向量OA →＝(1,2,3)，OB →＝(2,1,2)，OP →＝(1,1,2)，且点Q 在直线OP 上运动，当QA →·QB →取得最小值时，OQ →的坐标是____________． 答案 ⎝⎛⎭⎫43，43，83解析 ∵点Q 在直线OP 上，∴设点Q (λ，λ，2λ)， 则QA →＝(1－λ，2－λ，3－2λ)，QB →＝(2－λ，1－λ，2－2λ)，QA →·QB →＝(1－λ)(2－λ)＋(2－λ)(1－λ)＋(3－2λ)(2－2λ)＝6λ2－16λ＋10＝6⎝⎛⎭⎫λ－432－23. 即当λ＝43时，QA →·QB →取得最小值－23.此时OQ →＝⎝⎛⎭⎫43，43，83.。
2019年高考数学(文科)一轮分层演练：第8章立体几何第4讲(含答案解析)
[学生用书P252(单独成册)]一、选择题1．设α，β是两个不同的平面，m，n是平面α内的两条不同直线，l1，l2是平面β内的两条相交直线，则α∥β的一个充分不必要条件是()A．m∥l1且n∥l2B．m∥β且n∥l2C．m∥β且n∥βD．m∥β且l1∥α解析：选A．由m∥l1，m⊂α，得l1∥α，同理l2∥α，又l1，l2相交，l1，l2⊂β，所以α∥β，反之不成立，所以m∥l1且n∥l2是α∥β的一个充分不必要条件．2．已知m，n，l是不同的直线，α，β是不同的平面，以下命题正确的是()①若m∥n，m⊂α，n⊂β，则α∥β；②若m⊂α，n⊂β，α∥β，l⊥m，则l⊥n；③若m⊥α，n⊥β，α∥β，则m∥n；④若α⊥β，m∥α，n∥β，则m⊥n．A．①③B．③④C．②④D．③解析：选D．①若m∥n，m⊂α，n⊂β，则α∥β或α，β相交；②若m⊂α，n⊂β，α∥β，l⊥m，则l⊥n或l∥n或l，n异面；③正确；④若α⊥β，m∥α，n∥β，则m⊥n或m∥n或m，n异面．3．如图所示，在空间四边形ABCD中，E，F分别为边AB，AD上的点，且AE∶EB＝AF∶FD＝1∶4，又H，G分别为BC，CD的中点，则()A．BD∥平面EFGH，且四边形EFGH是矩形B．EF∥平面BCD，且四边形EFGH是梯形C．HG∥平面ABD，且四边形EFGH是菱形D．EH∥平面ADC，且四边形EFGH是平行四边形解析：选B．由AE∶EB＝AF∶FD＝1∶4知EF═∥15BD，所以EF∥平面BCD．又H，G分别为BC，CD的中点，所以HG═∥12BD，所以EF∥HG且EF≠HG．所以四边形EFGH是梯形．4．在正方体ABCD-A1B1C1D1中，E，F，G分别是A1B1，B1C1，BB1的中点，给出下列四个推断：①FG∥平面AA1D1D；②EF∥平面BC1D1；③FG∥平面BC1D1；④平面EFG∥平面BC1D1．其中推断正确的序号是()A．①③B．①④C．②③D．②④解析：选A．因为在正方体ABCD-A1B1C1D1中，E，F，G分别是A1B1，B1C1，BB1的中点，所以FG∥BC1，因为BC1∥AD1，所以FG∥AD1，因为FG⊄平面AA1D1D，AD1⊂平面AA1D1D，所以FG∥平面AA1D1D，故①正确；因为EF∥A1C1，A1C1与平面BC1D1相交，所以EF与平面BC1D1相交，故②错误；因为E，F，G分别是A1B1，B1C1，BB1的中点，所以FG∥BC1，因为FG⊄平面BC1D1，BC1⊂平面BC1D1，所以FG∥平面BC1D1，故③正确；因为EF与平面BC1D1相交，所以平面EFG与平面BC1D1相交，故④错误．故选A．5．设l，m，n表示不同的直线，α，β，γ表示不同的平面，给出下列命题：①若m∥l，且m⊥α，则l⊥α；②若m∥l，且m∥α，则l∥α；③若α∩β＝l，β∩γ＝m，γ∩α＝n，则l∥m∥n；④若α∩β＝m，β∩γ＝l，γ∩α＝n，且n∥β，则l∥m．其中正确命题的个数是()A．1 B．2C．3 D．4解析：选B．由题易知①正确；②错误，l也可以在α内；③错误，以墙角为例即可说明；④正确，可以以三棱柱为例说明，故选B．6．如图，在四面体ABCD 中，若截面PQMN 是正方形，则在下列说法中，错误的为( ) A ．AC ⊥BD B ．AC ＝BD C ．AC ∥截面PQMND ．异面直线PM 与BD 所成的角为45° 解析：选B ．因为截面PQMN 是正方形， 所以PQ ∥MN ，QM ∥PN ，则PQ ∥平面ACD 、QM ∥平面BDA ， 所以PQ ∥AC ，QM ∥BD ，由PQ ⊥QM 可得AC ⊥BD ，故A 正确； 由PQ ∥AC 可得AC ∥截面PQMN ，故C 正确； 由BD ∥PN ，所以∠MPN 是异面直线PM 与BD 所成的角，且为45°，D 正确； 由上面可知：BD ∥PN ，MN ∥AC ． 所以PN BD ＝AN AD ，MN AC ＝DN AD ，而AN ≠DN ，PN ＝MN ， 所以BD ≠AC ．B 错误．故选B ． 二、填空题 7．如图，透明塑料制成的长方体容器ABCD -A 1B 1C 1D 1内灌进一些水，固定容器底面一边BC 于地面上，再将容器倾斜，随着倾斜度的不同，有下面四个命题：①没有水的部分始终呈棱柱形；②水面EFGH 所在四边形的面积为定值； ③棱A 1D 1始终与水面所在平面平行； ④当容器倾斜如图所示时，BE ·BF 是定值． 其中正确的命题是________．解析：由题图，显然①是正确的，②是错误的；对于③，因为A 1D 1∥BC ，BC ∥FG ， 所以A 1D 1∥FG 且A 1D 1⊄平面EFGH ， 所以A 1D 1∥平面EFGH (水面)． 所以③是正确的；对于④，因为水是定量的(定体积V )， 所以S △BEF ·BC ＝V ，即12BE ·BF ·BC ＝V ．所以BE ·BF ＝2VBC (定值)，即④是正确的．答案：①③④8．棱长为2的正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中，M 是棱AA 1的中点，过C ，M ，D 1作正方体的截面，则截面的面积是________．解析：由面面平行的性质知截面与平面AB 1的交线MN 是△AA 1B 的中位线，所以截面是梯形CD 1MN ，易求其面积为92．答案：929．已知平面α∥β，P ∉α且P ∉ β，过点P 的直线m 与α，β分别交于A ，C ，过点P 的直线n 与α，β分别交于B ，D ，且P A ＝6，AC ＝9，PD ＝8，则BD 的长为________．解析：如图1，因为AC ∩BD ＝P ，图1所以经过直线AC 与BD 可确定平面PCD ． 因为α∥β，α∩平面PCD ＝AB ， β∩平面PCD ＝CD ，所以AB ∥CD ．所以P A AC ＝PBBD ，即69＝8－BD BD ，所以BD ＝245． 如图2，同理可证AB ∥CD ．图2所以P A PC ＝PB PD ，即63＝BD －88，所以BD ＝24．综上所述，BD ＝245或24．答案：245或2410．如图，在直三棱柱ABC -A 1B 1C 1中，若BC ⊥AC ，∠BAC ＝π3，AC ＝4，M 为AA 1的中点，点P 为BM 的中点，Q 在线段CA 1上，且A 1Q ＝3QC ，则PQ 的长度为________．解析：由题意知，AB ＝8，过点P 作PD ∥AB 交AA 1于点D ，连接DQ ，则D 为AM 的中点，PD ＝12AB ＝4．又因为A 1Q QC ＝A 1D AD＝3，所以DQ ∥AC ，∠PDQ ＝π3，DQ ＝34AC ＝3，在△PDQ 中，PQ ＝42＋32－2×4×3×cos π3＝13．答案：13 三、解答题11．如图，在四棱柱ABCD -A 1B 1C 1D 1中，底面ABCD 为菱形，E ，F 分别是线段A 1D ，BC 1的中点．延长D 1A 1到点G ，使得D 1A 1＝A 1G ．证明：GB ∥平面DEF ．证明：连接A 1C ，B 1C ，则B 1C ，BC 1交于点F ．因为CB ═∥D 1A 1，D 1A 1＝A 1G ，所以CB ═∥A 1G ，所以四边形BCA 1G 是平行四边形，所以GB ∥A 1C ． 又GB ⊄平面A 1B 1CD ，A 1C ⊂平面A 1B 1CD ， 所以GB ∥平面A 1B 1CD ．又点D ，E ，F 均在平面A 1B 1CD 内，所以GB ∥平面DEF ． 12．如图所示，在正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中，E ，F ，G ，H 分别是BC ，CC 1，C 1D 1，A 1A 的中点．求证： (1)BF ∥HD 1； (2)EG ∥平面BB 1D 1D ； (3)平面BDF ∥平面B 1D 1H ． 证明：(1)如图所示，取BB 1的中点M ，连接MH ，MC 1，易证四边形HMC 1D 1是平行四边形， 所以HD 1∥MC 1． 又因为MC 1∥BF ， 所以BF ∥HD 1．(2)取BD 的中点O ，连接EO ，D 1O ， 则OE ═∥12DC ，又D 1G ═∥12DC ， 所以OE ═∥D 1G ，所以四边形OEGD 1是平行四边形，所以GE ∥D 1O ． 又GE ⊄平面BB 1D 1D ，D 1O ⊂平面BB 1D 1D ，所以EG ∥平面BB 1D 1D ．(3)由(1)知BF ∥HD 1，又BD ∥B 1D 1，B 1D 1，HD 1⊂平面B 1D 1H ，BF ，BD ⊂平面BDF ，且B 1D 1∩HD 1＝D 1，DB ∩BF ＝B ，所以平面BDF ∥平面B 1D 1H ．1．如图，四棱柱ABCD -A 1B 1C 1D 1的底面ABCD 是正方形．(1)证明：平面A 1BD ∥平面CD 1B 1；(2)若平面ABCD ∩平面B 1D 1C ＝直线l ，证明B 1D 1∥l ． 证明：(1)由题设知BB 1═∥DD 1， 所以四边形BB 1D 1D 是平行四边形， 所以BD ∥B 1D 1． 又BD ⊄平面CD 1B 1， B 1D 1⊂平面CD 1B 1， 所以BD ∥平面CD 1B 1．因为A 1D 1═∥B 1C 1═∥BC ， 所以四边形A 1BCD 1是平行四边形， 所以A 1B ∥D 1C ．又A 1B ⊄平面CD 1B 1，D 1C ⊂平面CD 1B 1， 所以A 1B ∥平面CD 1B 1． 又因为BD ∩A 1B ＝B ， 所以平面A 1BD ∥平面CD 1B 1． (2)由(1)知平面A 1BD ∥平面CD 1B 1， 又平面ABCD ∩平面B 1D 1C ＝直线l ， 平面ABCD ∩平面A 1BD ＝直线BD ， 所以直线l ∥直线BD ，在四棱柱ABCD -A 1B 1C 1D 1中，四边形BDD 1B 1为平行四边形， 所以B 1D 1∥BD ， 所以B 1D 1∥l ．2．如图，ABCD 与ADEF 为平行四边形，M ，N ，G 分别是AB ，AD ，EF 的中点．(1)求证：BE ∥平面DMF ； (2)求证：平面BDE ∥平面MNG ．证明：(1)如图，连接AE ，则AE 必过DF 与GN 的交点O ，连接MO ，则MO 为△ABE 的中位线，所以BE ∥MO ，又BE⊄平面DMF，MO⊂平面DMF，所以BE∥平面DMF．(2)因为N，G分别为平行四边形ADEF的边AD，EF的中点，所以DE∥GN，又DE⊄平面MNG，GN⊂平面MNG，所以DE∥平面MNG．又M为AB中点，所以MN为△ABD的中位线，所以BD∥MN，又BD⊄平面MNG，MN⊂平面MNG，所以BD∥平面MNG，又DE与BD为平面BDE内的两条相交直线，所以平面BDE∥平面MNG．。
(共8套)2019年高考数学章节练习题集第8章立体几何.doc
第八章立体几何W第1讲空间几何体的结构、三视图和直观图.docx 岂第2讲空间几何体的表面积与体积.docx岂第3讲空间点、直线、平面之间的位置关系.docx 岂:第4讲直线、平面平行的判走及其性质.docx岂第5讲直线、平面垂直的判走及其性质.docxW第6讲空间向量及其运算.docx第7讲立体几何中的向呈方法（一）.docx第8讲立体几何中的向量方法（二）.docx第1讲空间几何体的结构、三视图和直观一、选择题1.下列四个几何体屮，几何体只有主视图和左视图相同的是（）©①止方体A②圆锥③三棱台④止四棱锥A.①②B.①③C.①④D.②④解析由几何体分析知②④中主视图和左视图相同.答案D2.以下关于几何体的三视图的论述屮，正确的是（）.A.球的三视图总是三个全等的圆B.止方体的三视图总是三个全等的止方形C.水平放置的正四而体的三视图都是正三角形D.水平放置的圆台的俯视图是一个圆解析画几何体的三视图要考虑视角，但对于球无论选择怎样的视角，其三视图总是三个全等的圆.答案A3.将正方体（如图（a）所示）截去两个三棱锥，得到图（b）所示的几何体，则该几何体的侧视图为解析还原正方体后，将D, D, A 三点分别向正方体右侧面作垂线，DyA 的射影为GB,且为实线，BiC 被遮挡应为虚线.答案B4. 若某儿何体的三视图如图所示，则这个儿何体的直观图可以是（）.解析 A, B 的正视图不符合要求，C 的俯视图显然不符合要求，答案选D.答案D5. 一个平而四边形的斜二测画法的直观图是一个边长为日的正方形，则原平面)・左视A BD侧视图四边形的面积等于（）.答案B图的是解析 选项C 不符合三视图中“宽相等”的要求. 答案c 二、填空题7.如图所示，E 、F 分别为止方体ABCD-A }B X C }D X 的面ADD^Ai.面BCCiBi 的中心，则四边形BFD X E 在该正方体的面DCGD 上的投影是 ________ （填序号）.A.B. 2y[2a解析 根据斜二测画法画平面图形的直观图的规则，可以得出一个平面图形的面积S 与它的直观图的面积C 之间的关系是c =芈$木题中直观图的面积为才，所以原平面四边形的面积等于=2电才.故选B. 6. 一个锥体的正视图和侧视图如图所示, 下面选项中，不可能是该锥体的俯视)・D .4③ ④解析B在面DCCQi上的投影为C, F、E在面DCqDj上的投影应分别在边CC］和DDi上，而不在四边形的内部，故①③④错误.答案②8. ______________________________________ 如图，网格纸的小正方形的边长是1,在其上用粗线画出了某多面体的三视图，则这个多面体最长的一条棱的长为 _______________________________________ ・解析(构造法)由主视图和俯视图可知几何体是正方体切割后的一部分(四棱锥G ABCE ,还原在正方体中，如图所示.多面体最长的一条棱即为正方体的体对角线，如图即由正方体棱长AB=2知最长棱AQ的长为2^3.答案2书9.利用斜二测画法得到的：①三角形的直观图一定是三角形；②正方形的直观图一定是菱形；③等腰梯形的直观图可以是平行四边形；④菱形的直观图一定是菱形.以上正确结论的序号是 _______ .解析由斜二测画法的规则可知①正确；②错误，是一般的平行四边形；③ 错误，等腰梯形的直观图不可能是平行四边形；而菱形的直观图也不一定是菱形，④也错误.答案①10.图(a)为长方体积木块堆成的儿何体的三视图，此儿何体共由_________ 块木块堆成；图(b)中的三视图表示的实物为________ .解析(1)由三视图可知从正面看到三块，从侧面看到三块，结合俯视图可判 断几何体共由4块长方体组成.(2)由三视图可知几何体为圆锥. 答案4圆锥三、解答题11. 如下的三个图中，上面的是一个长方体截去一个角所得多面体的直观图，它 的主视图和左视图在下面画出(单位：cm).(1)在主视图下面，按照画三视图的要求画出该多面体的俯视图; (2)按照给出的尺寸，求该多面体的体积;图(a) 侧视图图(b)解⑴如图.(2)所求多面体的体积&亞瑚一孑正三昨=4X4X6—lxhx2X2〕X212. 已知圆锥的底面半径为厂，高为h,且正方体ABCD — A5GD内接于圆锥，求这个正方体的棱长.解 如图所示，过内接止方体的一组对棱作圆锥的轴截 面，设圆锥内接正方体的棱长为兀，则在轴截面屮，正方体的对角面AxACCy 的一组邻边的长分别为x 和迈兀.・・・△以I Cl S △ VMN,.h~x .Irh・• 2r =~lT f2=2+^即圆锥内接正方体的棱长为不詬・13・正四棱锥的高为羽，侧棱长为羽，求侧面上斜高(棱锥侧面三角形的高)为多少？解 如图所示，在正四棱锥S —ABCD 中, 高 0S=书,侧棱 SA = SB=SC=SD=\fj, 在RtASOA 中，OA=ylSA 2~OS 2=2, :.AC=4, ・・・AB=BC=CD=DA=2©作0E 丄AB 于E,则E 为AB 中点. 连接SE,则SE 即为斜高，284=~(cn?)・ V图5解(1)该三棱锥在侧(右)投影面上的投影是一直角三角形，该三棱锥的侧视 图应是图2.(2)该儿何体是三棱锥，其直观图如图所示，其中 04、08、OC 两两垂直，•••△OAB 、△OAC 、/\OBC 都是肓角三角形，但△ABC 是锐角三角形•设AO=a, OC=c, OB=b,则 AC=yJa 2+ c 29 BC=ylc 2+ b 2, AB=yJa 2+b 2,•I cosZBAC=庆 V?+/>o,・•・ABAC 为锐角.同理，ZABC. ZACB 也是锐角.综上所述，该几何体的面中共有三个直角三角形.(3)该几何体是三棱锥，其直观图如图所示，其屮，丄BC,在 RtASOE 中，•：OE=*BC=d SO=书,・・・SE=E 即侧面上的斜高为书.14. (1)如图1所示的三棱锥的三条侧棱04、OB 、0C 两两垂直，那么该三棱 锥的侧视图是图2还是图3?(2)某几何体的三视图如图4,问该几何体的面中有几个直角三角形? (3)某几何体的三视图如图5,问该几何体的面中有几个直角三角形?俯视图图4正视图 侧视图俯视图ADAB丄BD, BDA.CD, :.DC丄面ABD, :.DC-LAD f ・・・△ACD也是直角三角形.・・・该几何体的面中共有四个直角三角形.第2讲空间几何体的表面积与体积一、选择题1.棱长为2的正四面体的表面积是（）.A.、/§B. 4 C・ 4、信D・16解析每个而的而积为：-X2X2X^-=V3- ••-正四而体的表而积为：4^3. 答案C2.把球的表面积扩大到原来的2倍，那么体积扩大到原来的（）・A.2倍B. 2型倍Cp倍 D.远倍解析由题意知球的半径扩大到原来的电倍，则体积$=討#,知体积扩大到原来的2迈倍.答案B3.一个儿何体的三视图如图所示，那么此儿何体的侧面积（单位：cn?）为（）.A.48B. 64 C・ 80解析据三视图知，该几何体是一个正四棱锥（底面边长为8）,直观图如图，PE 为侧面AB4B的边AB上的高，且PE=5..・.此几何1c体的侧面积是S=4S=4X-X8X5 = 80(cm 2)・答案C4. 已知三棱锥S-ABC 的所有顶点都在球0的球面上，△ABC 是边长为1的正 三角形，SC 为球0的直径，且SC=2,则此棱锥的体积为()•A.解析 在直角三角形 ASC 中，AC=1, ZSAC=90。
2019届高考数学文科江苏版1轮复习练习：第8平面解析几何4第4讲分层演练直击高考含解析
2019届高考数学文科江苏版1轮复习练习：第8平面解析几何4第4讲分层演练直击高考含解析 1 / 11 / 11．圆 (x － 1)2＋ y 2＝ 1 与直线 y ＝ 3x 的地点关系是 ________．3[分析 ] 由于圆 (x － 1) 2＋y 2＝1 的圆心为 (1， 0)，半径 r ＝1， 因此圆心到直线 y ＝3| 3| 1 3 x 的距离为3＋9 ＝ 2＜ 1＝ r ，故圆与直线订交．[答案 ] 订交2. 圆 O 1： x 2＋ y 2－ 2x ＝0 和圆 O 2： x 2＋ y 2－ 4y ＝ 0 的地点关系是 ________．[分析 ] 圆 O 1 的圆心坐标为 (1， 0)，半径为 r 1＝ 1，圆 O 2 的圆心坐标为 (0， 2)，半径 r 2＝2，故两圆的圆心距 O 1O 2＝ 5，而 r 2－ r 1＝ 1， r 1＋ r 2＝ 3，则有 r 2－ r 1<O 1 O 2<r 1＋ r 2，故两 圆订交．[答案 ] 订交3．平行于直线 2x ＋ y ＋ 1＝0 且与圆 x 2＋ y 2＝ 5 相切的直线的方程是 ________．[分析 ] 由于所求直线与直线 2x ＋ y ＋ 1＝ 0 平行 ，因此设所求的直线方程为 2x ＋ y ＋ m ＝ 0.2 2 由于所求直线与圆 x ＋ y ＝ 5 相切，因此 |m| ＝ 5，1＋ 4因此 m ＝ ±5.即所求的直线方程为2x ＋y ＋ 5＝ 0 或 2x ＋ y － 5＝ 0.[答案 ] 2 x ＋ y ＋5＝ 0 或 2x ＋ y － 5＝ 04．(2018 ·州月考徐 )若经过点 P(－3，0)的直线与圆 x 2＋ y 2＋ 4x －2y ＋ 3＝ 0 相切，则圆心坐标是 ________；半径为 ________；切线在 y 轴上的截距是 ________．[分析 ] (x ＋ 2)2＋ (y － 1)2＝ 2，因此圆心坐标为 (－ 2， 1)，半径为 2；经过点 P 的切线方程为 y ＝－ x －3，因此在 y 轴上的截距为－3.[答案 ] (－2，1) 2 －35． (2018 ·家庄质检改编石)圆 x 2＋ y 2－2x ＋ 4y ＝ 0 与 2tx － y － 2－ 2t ＝ 0(t ∈R )的地点关系 为________．[分析 ] 由题意知 ，直线 2tx － y － 2－ 2t ＝0(t ∈ R )恒过点 (1，－ 2)，而 12＋ (－2) 2－2× 1＋ 4× (－ 2)＝－ 5<0 ，因此点 (1，－ 2)在圆 x 2＋ y 2 －2x ＋ 4y ＝ 0 内，因此圆 x 2＋ y 2－ 2x ＋ 4y ＝ 0 与2tx － y －2－ 2t ＝ 0(t ∈ R )的地点关系为订交．[答案 ] 订交6．在平面直角坐标系 xOy 中，设点 P 为圆 C ：(x － 1)2＋ y 2＝ 4 上的随意一点，点 Q(2a ，。
2019届高考数学文科江苏版1轮复习练习：第8平面解析几何1第1讲分层演练直击高考含解析
π1．直线 x ＝ 的倾斜角为 ________．3π π[分析 ] 由直线 x ＝ 3，知倾斜角为 2.[答案 ] π22．直线 l ：xsin 30°＋ ycos 150°＋ 1＝ 0 的斜率等于 ________．sin 30° ＝ 3[分析 ] 设直线 l 的斜率为 k ，则 k ＝－ cos 150° 3 . [答案 ]333．过点 A(－ 1，－ 3)，斜率是直线 y ＝ 3x 的斜率的－ 1的直线方程为 ________．4 [分析 ] 设所求直线的斜率为 k ，依题意1 3k ＝－ × 3＝－ .44又直线经过点 A(－ 1， － 3)，3所以所求直线方程为 y ＋ 3＝－ (x ＋ 1)，4即 3x ＋4y ＋ 15＝ 0. [答案 ] 3 x ＋ 4y ＋ 15＝ 04．已知直线 l ： ax ＋ y － 2－ a ＝0 在 x 轴和 y 轴上的截距相等，则 a 的值为 ________．[分析 ] 由题意可知 a ≠0.当 x ＝0 时， y ＝ a ＋ 2.当 y ＝ 0 时， x ＝ a ＋2a.所以 a ＋ 2＝ a ＋ 2，解得 a ＝－ 2 或 a ＝ 1.a[答案 ] －2或15．若点 A(4， 3)， B(5， a)， C(6， 5)三点共线，则 a 的值为 ________． [分析 ] 因为 k AC ＝5－ 3＝ 1， k AB ＝a － 3＝a － 3.6－ 45－ 4因为 A ， B ，C 三点共线 ，所以 a － 3＝ 1，即 a ＝ 4. [答案]46．经过点 P(－5，－ 4)，且与两坐标轴围成的三角形的面积为 5 的直线方程是 ________．[分析 ] 由题意设所求方程为 y ＋4＝ k(x ＋ 5)，即 kx － y ＋ 5k －4＝ 0.由1·|5k －4| ·4－5＝2k8或 k ＝ 2，故所求直线方程为 8x －5y ＋ 20＝0 或 2x － 5y －10＝ 0.5 得， k＝5 5。
【9套】2019年高考数学复习第一轮 平面解析几何【含9套汇总】
变式1-1 若将本例(2)中的条件“P(1,0)”改为“P(-1,0)”,则直线l斜 率的取值范围是什么? 解析 ∵P(-1,0),A(2,1),B(0, 3 ),
∴kAP=
2
1 0 (1)
= 13 ,kBP=
0
30 (1)
= 3
.
如图,可知直线l斜率的取值范围为 13 , 3 .
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2-1 若直线l1:mx-y-2=0与直线l2:(2-m)x-y+1=0互相平行,则实数m的值为
( )
A.-1 B.0 C.1 D.2
答案 C ∵直线l1:mx-y-2=0与直线l2:(2-m)x-y+1=0互相平行,
∴ mm2((22
m) m)
0, 0,
解得m=1.故选C.
解得a= 1 或a=-1.故选B.
3
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考点三 求直线方程
典例3 (1)求过点A(1,3),斜率是直线y=-4x的斜率的 1 的直线方程;
3
(2)求经过点A(-5,2),且在x轴上的截距等于在y轴上截距的2倍的直线方
程;
(3)求过A(2,1),B(m,3)两点的直线l的方程.
解析 (1)设所求直线的斜率为k,依题意k=-4× 1 =- 4 .又直线经过点A(1,
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（9套）2019年高考数学复习第一轮 平面解析几何（含9套汇总）
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文数
课标版
第一节 直线的倾斜角与斜率、直线的方程
教材研读
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1.直线的倾斜角 (1)定义:当直线l与x轴相交时,取x轴作为基准,x轴正向与直线l① 向上方向 之间所成的角叫做直线l的倾斜角,当直线l与x轴② 平行或重合 时,规定它 的倾斜角为0°. (2)范围:直线l倾斜角的范围是③ [0,π) . 2.斜率公式 (1)若直线l的倾斜角α≠90°,则斜率k=④ tan α .
高考数学(文科)江苏版1轮复习 第8章 平面解析几何 4 第4讲 分层演练直击高考习题含解析
1．圆(x －1)2＋y 2＝1与直线y ＝33x 的位置关系是________． [解析] 因为圆(x －1)2＋y 2＝1的圆心为(1，0)，半径r ＝1， 所以圆心到直线y ＝33x 的距离为|3|3＋9＝12＜1＝r ，故圆与直线相交． [答案] 相交2、 圆O 1：x 2＋y 2－2x ＝0和圆O 2：x 2＋y 2－4y ＝0的位置关系是________．[解析] 圆O 1的圆心坐标为(1，0)，半径为r 1＝1，圆O 2的圆心坐标为(0，2)，半径r 2＝2，故两圆的圆心距O 1O 2＝5，而r 2－r 1＝1，r 1＋r 2＝3，则有r 2－r 1<O 1O 2<r 1＋r 2，故两圆相交．[答案] 相交3．平行于直线2x ＋y ＋1＝0且与圆x 2＋y 2＝5相切的直线的方程是________． [解析] 因为所求直线与直线2x ＋y ＋1＝0平行， 所以设所求的直线方程为2x ＋y ＋m ＝0、 因为所求直线与圆x 2＋y 2＝5相切， 所以|m |1＋4＝5， 所以m ＝±5、即所求的直线方程为2x ＋y ＋5＝0或2x ＋y －5＝0、 [答案] 2x ＋y ＋5＝0或2x ＋y －5＝04．(2018·徐州月考)若经过点P (－3，0)的直线与圆x 2＋y 2＋4x －2y ＋3＝0相切，则圆心坐标是________；半径为________；切线在y 轴上的截距是________．[解析] (x ＋2)2＋(y －1)2＝2，所以圆心坐标为(－2，1)，半径为2；经过点P 的切线方程为y ＝－x －3，所以在y 轴上的截距为－3、[答案] (－2，1)2 －35．(2018·石家庄质检改编)圆x 2＋y 2－2x ＋4y ＝0与2tx －y －2－2t ＝0(t ∈R )的位置关系为________．[解析] 由题意知，直线2tx －y －2－2t ＝0(t ∈R )恒过点(1，－2)，而12＋(－2)2－2×1＋4×(－2)＝－5<0，所以点(1，－2)在圆x 2＋y 2－2x ＋4y ＝0内，所以圆x 2＋y 2－2x ＋4y ＝0与2tx －y －2－2t ＝0(t ∈R )的位置关系为相交．[答案] 相交6．在平面直角坐标系xOy 中，设点P 为圆C ：(x －1)2＋y 2＝4上的任意一点，点Q (2a ，a －3)(a ∈R )，则线段PQ 长度的最小值为________．[解析] 因点Q 坐标满足方程x －2y －6＝0，故可转化为圆上的点到直线的距离，因圆心C 到此直线的距离为d ＝|1－6|5＝5，又知半径为2，故所求最小值为5－2、[答案] 5－27．若直线y ＝x ＋b 与曲线y ＝3－4x －x 2有公共点，则b 的取值范围是________． 解析：由y ＝3－4x －x 2，得(x －2)2＋(y －3)2＝4(1≤y ≤3)． 所以曲线y ＝3－4x －x 2是半圆，如图所示．当直线y ＝x ＋b 与圆相切时， |2－3＋b |2＝2、所以b ＝1±22、 由图可知b ＝1－22、所以b 的取值范围是[]1－22，3、 答案：[1－22，3]8．(2018·苏锡常镇四市高三调研)已知直线l ：mx ＋y －2m －1＝0，圆C ：x 2＋y 2－2x －4y ＝0，当直线l 被圆C 所截得的弦长最短时，实数m ＝________．解析：直线l 被圆C ：(x －1)2＋(y －2)2＝5所截得的弦长最短，即圆心C 到直线l 的距离最大，d ＝|1－m |m 2＋1＝（1－m ）2m 2＋1＝1－2mm 2＋1，当d 取最大值时，m ＜0，此时d ＝1＋2（－m ）＋1－m ≤2，当且仅当－m ＝1，即m ＝－1 时取等号，即d 取得最大值，弦长最短．答案：－19．(2018·南京四校第一学期联考)已知圆C ：(x －1)2＋(y ＋2)2＝4，若直线l ：3x ＋4y ＋m ＝0上存在点P ，过点P 作圆C 的两条切线P A ，PB ，切点分别为A ，B ，∠APB ＝60°，则实数m 的取值范围是________．解析：圆C 的圆心C (1，－2)，半径r ＝2、连接PC ，AC ，则在Rt △PCA 中，∠APC ＝30°，AC ＝2，所以PC ＝4，这样就转化为直线l 上存在点P ，且点P 到圆心C 的距离为4，也就是直线l 与以C 为圆心，4为半径的圆有公共点，所以|3×1＋4×（－2）＋m |32＋42≤4，解得－15≤m ≤25，因此实数m 的取值范围是[－15，25]．答案：[－15，25]10．已知直线y ＝ax ＋3与圆x 2＋y 2＋2x －8＝0相交于A ，B 两点，点P (x 0，y 0)在直线y ＝2x 上，且P A ＝PB ，则x 0的取值范围为________．解析：由条件得圆心C (－1，0)，它到直线l ：y ＝ax ＋3的距离为d ＝|3－a |1＋a2<3，解得a >0或a <－34、由P A ＝PB ，CA ＝CB ，得PC ⊥l ，于是k PC ＝－1a ，即2x 0x 0＋1＝－1a 、从而由2x 0x 0＋1<0或0<2x 0x 0＋1<43得－1<x 0<0或0<x 0<2、 答案：(－1，0)∪(0，2)11．(2018·天津南开中学模拟)在平面直角坐标系xOy 中，圆C ：x 2＋y 2＋4x －2y ＋m ＝0与直线x －3y ＋3－2＝0相切．(1)求圆C 的方程；(2)若圆C 上有两点M ，N 关于直线x ＋2y ＝0对称，且MN ＝23，求直线MN 的方程． 解：(1)将圆C ：x 2＋y 2＋4x －2y ＋m ＝0化为(x ＋2)2＋(y －1)2＝5－m ， 因为圆C ：x 2＋y 2＋4x －2y ＋m ＝0与直线x －3y ＋3－2＝0相切， 所以圆心(－2，1)到直线x －3y ＋3－2＝0的距离d ＝41＋3＝2＝r ，所以圆C 的方程为(x ＋2)2＋(y －1)2＝4、(2)若圆C 上有两点M ，N 关于直线x ＋2y ＝0对称，则可设直线MN 的方程为 2x －y ＋c ＝0，因为MN ＝23，半径r ＝2， 所以圆心(－2，1)到直线MN 的距离为22－（3）2＝1，即|－4－1＋c |5＝1，所以c ＝5±5，所以直线MN 的方程为2x －y ＋5±5＝0、12．(2018·江苏省高考名校联考(三))如图，在平面直角坐标系xOy 中，已知圆O ：x 2＋y 2＝4，F (0，2)，点A ，B 是圆O 上的动点，且F A ·FB ＝4、(1)若FB ＝1，且点B 在第二象限，求直线AB 的方程；(2)是否存在与动直线AB 恒相切的定圆？若存在，求出该圆的方程；若不存在，请说明理由．解：(1)显然直线FB 的斜率存在，故可设直线FB 的方程为y ＝kx ＋2(k ＞0)，联立方程得⎩⎪⎨⎪⎧y ＝kx ＋2x 2＋y 2＝4，消去y 得，(k 2＋1)x 2＋4kx ＝0，得⎩⎪⎨⎪⎧x B＝－4kk 2＋1y B＝2－2k 2k 2＋1，故FB ＝1＋k 2⎪⎪⎪⎪⎪⎪0－⎝ ⎛⎭⎪⎫－4k k 2＋1＝4|k |k 2＋1＝1，得k ＝1515，点B ⎝⎛⎭⎫－154，74、 因为FB ＝1，且F A ·FB ＝4，所以F A ＝4， 又圆O 的半径为2，所以A (0，－2)， 故直线AB 的方程为y ＝－15x －2、(2)由(1)的求解方法易知，若FB ＝1，且点B 在第一象限， 则直线AB 的方程为y ＝15x －2， 故若存在符合题意的圆，则圆心在y 轴上．设圆心坐标为(0，m )，易知当AB ∥x 轴时，直线AB 的方程为y ＝1， 故|m －1|＝|m ＋2|15＋1＝|m ＋2|4，解得m ＝25或m ＝2、若直线FB ，F A 的斜率存在，不妨设直线FB ，F A 的方程分别为y ＝k 1x ＋2，y ＝k 2x ＋2(k 1≠k 2)，由(1)的求解方法易知，B ⎝ ⎛⎭⎪⎫－4k 1k 21＋1，2－2k 21k 21＋1，A ⎝ ⎛⎭⎪⎫－4k 2k 22＋1，2－2k 22k 22＋1，FB ＝4|k 1|k 21＋1，F A ＝4|k 2|k 22＋1、 又F A ·FB ＝4，所以4|k 1|k 21＋1·4|k 2|k 22＋1＝4，化简得15k 21k 22＝k 21＋k 22＋1(*)． 当直线AB 的斜率存在且不等于0时，直线AB 的方程为x －⎝ ⎛⎭⎪⎫－4k 1k 21＋1－4k 2k 22＋1－⎝ ⎛⎭⎪⎫－4k 1k 21＋1＝y －2－2k 21k 21＋12－2k 22k 22＋1－2－2k 21k 21＋1，化简得(k 1＋k 2)x ＋(k 1k 2－1)y ＋2(k 1k 2＋1)＝0， 则点(0，2)到直线AB 的距离 d ＝|4k 1k 2|（k 1＋k 2）2＋（k 1k 2－1）2＝|4k 1k 2|k 21k 22＋k 21＋k 22＋1，把(*)代入上式得d ＝1、又|m －1|＝1＝d ，故存在定圆x 2＋(y －2)2＝1与动直线AB 恒相切．同理点⎝⎛⎭⎫0，25到直线AB 的距离 d ＝⎪⎪⎪⎪125k 1k 2＋85（k 1＋k 2）2＋（k 1k 2－1）2＝⎪⎪⎪⎪125k 1k 2＋85|4k 1k 2|，显然不是定值，故不符合题意．当直线AB 的斜率不存在时，易知可取A (1，3)，B (1，－3)，或A (－1，3)，B (－1，－3)，显然直线AB 与圆x 2＋(y －2)2＝1相切．综上所述，存在定圆：x 2＋(y －2)2＝1与动直线AB 恒相切．1．过点M (1，2)的直线l 与圆C ：(x －3)2＋(y －4)2＝25交于A ，B 两点，C 为圆心，当∠ACB 最小时，直线l 的方程是________．[解析] 依题意得知，当∠ACB 最小时，圆心C 到直线l 的距离达到最大，此时直线l 与直线CM 垂直，又直线CM 的斜率为1，因此所求的直线l 的方程是y －2＝－(x －1)，即x ＋y －3＝0、[答案] x ＋y －3＝02．已知直线x ＋y －k ＝0(k ＞0)与圆x 2＋y 2＝4交于不同的两点A ，B ，O 是坐标原点，且有|OA →＋OB →|≥33|AB →|，那么k 的取值范围是________．[解析] 当|OA →＋OB →|＝33|AB →|时，O ，A ，B 三点为等腰三角形的三个顶点，其中OA ＝OB ，∠AOB ＝120°，从而圆心O 到直线x ＋y －k ＝0(k ＞0)的距离为1，此时k ＝2；当k ＞2时|OA →＋OB →|＞33|AB →|，又直线与圆x 2＋y 2＝4存在两交点，故k ＜22，综上，k 的取值范围为[2，22)．[答案] [2，22)3．从直线3x ＋4y ＋8＝0上一点P 向圆C ：x 2＋y 2－2x －2y ＋1＝0引切线P A ，PB ，A ，B 为切点，则四边形P ACB 的周长的最小值为________．[解析] 连结CP 、问题可以转化为关于圆心C 到直线上任意一点P 的距离d 的函数．圆C ：x 2＋y 2－2x －2y ＋1＝0可化为(x －1)2＋(y －1)2＝1、P A ＝PB ＝d 2－1(PC ＝d ≥3×1＋4×1＋85＝3)，所以四边形P ACB 的周长＝2d 2－1＋2r ＝2d 2－1＋2≥29－1＋2＝42＋2、[答案] 42＋24．在平面直角坐标系xOy 中，圆C ：x 2＋y 2＝4分别交x 轴正半轴及y 轴负半轴于M ，N 两点，点P 为圆C 上任意一点，则PM →·PN →的最大值为________．[解析] 法一：由图形可得PM →·PN →＝(PO →＋OM →)·(PO →＋ON →)＝|PO →|2＋PO →·(OM →＋ON →)＝4＋PO →·(OM →＋ON →)≤4＋|PO →|·|OM →＋ON →|＝4＋42，当且仅当P 为直线y ＝－x 与圆在第二象限交点处取得等号．法二：设P (x ，y )，又M (2，0)，N (0，－2)，所以PM →·PN →＝(2－x ，－y )·(－x ，－2－y )＝x 2－2x ＋y 2＋2y ＝4－2(x －y )，设x ＝2cos θ，y ＝2sin θ，所以PM →·PN →＝4＋4(sin θ－cos θ)＝4＋42sin ⎝⎛⎭⎫θ－π4≤4＋42、 [答案] 4＋4 25．已知圆C 的半径为2，圆心在x 轴正半轴上，直线3x －4y ＋4＝0与圆C 相切． (1)求圆C 的方程；(2)若过点(0，－3)的直线l 与圆C 交于不同的两点A (x 1，y 1)，B (x 2，y 2)，且x 1x 2＋y 1y 2＝3，求三角形AOB 的面积．[解] (1)设圆心C 的坐标为(a ，0)(a >0)， 则圆C 的方程为(x －a )2＋y 2＝4、 因为圆C 与直线3x －4y ＋4＝0相切， 所以|3a ＋4|32＋（－4）2＝2，解得a ＝2或a ＝－143(舍)，所以圆C 的方程为(x －2)2＋y 2＝4、 (2)依题意设直线l 的方程为y ＝kx －3，由⎩⎪⎨⎪⎧y ＝kx －3，（x －2）2＋y 2＝4得(1＋k 2)x 2－(4＋6k )x ＋9＝0， 因为l 与圆C 相交于不同的两点A (x 1，y 1)，B (x 2，y 2)，所以Δ＝[－(4＋6k )]2－4(1＋k 2)×9>0，且x 1＋x 2＝4＋6k 1＋k 2，x 1x 2＝91＋k 2， 所以y 1y 2＝(kx 1－3)(kx 2－3) ＝k 2x 1x 2－3k (x 1＋x 2)＋9＝9k 21＋k 2－12k ＋18k 21＋k 2＋9， 又因为x 1x 2＋y 1y 2＝3，所以91＋k 2＋9k 21＋k 2－12k ＋18k 21＋k 2＋9＝3，整理得k 2＋4k －5＝0，解得k ＝1或k ＝－5(不满足Δ>0，舍去)． 所以直线l 的方程为y ＝x －3、所以圆心C 到l 的距离为d ＝|2－3|2＝22，则AB ＝2·22－⎝⎛⎭⎫222＝14，又△AOB 的底边AB 上的高h ＝32＝322、所以S △AOB ＝12AB ·h ＝12×14×322＝372、6．(2018·江苏省苏北四市期中)已知直线x －2y ＋2＝0与圆C ：x 2＋y 2－4y ＋m ＝0相交，截得的弦长为255、(1)求圆C 的方程；(2)过原点O 作圆C 的两条切线，与抛物线y ＝x 2相交于M 、N 两点(异于原点)．证明：直线MN 与圆C 相切；(3)若抛物线y ＝x 2上任意三个不同的点P 、Q 、R ，且满足直线PQ 和PR 都与圆C 相切，判断直线QR 与圆C 的位置关系，并加以证明．[解] (1)因为C (0，2)，所以圆心C 到直线x －2y ＋2＝0的距离为d ＝|0－4＋2|5＝25，因为截得的弦长为255，所以r 2＝⎝⎛⎭⎫252＋⎝⎛⎭⎫552＝1，所以圆C 的方程为：x 2＋(y －2)2＝1、(2)证明：设过原点的切线方程为：y ＝kx ，即kx －y ＝0， 所以|0－2|k 2＋1＝1，解得k ＝±3，所以过原点的切线方程为：y ＝±3x ，不妨设y ＝3x 与抛物线的交点为M ，则⎩⎪⎨⎪⎧y ＝3xy ＝x2，解得M (3，3)，同理可求：N (－3，3)，所以直线MN ：y ＝3、因为圆心C (0，2)到直线MN 的距离为1且r ＝1，所以直线MN 与圆C 相切． (3)直线QR 与圆C 相切．证明如下：设P (a ，a 2)，Q (b ，b 2)，R (c ，c 2)，则直线PQ 、PR 、QR 的方程分别为：PQ ：(a ＋b )x －y －ab ＝0，PR ：(a ＋c )x －y －ac ＝0，QR ：(b ＋c )x －y －bc ＝0、 因为PQ 是圆C 的切线，所以|－2－ab |（a ＋b ）2＋1＝1，化简得：(a 2－1)b 2＋2ab ＋3－a 2＝0，①因为PR 是圆C 的切线，同理可得：(a 2－1)c 2＋2ac ＋3－a 2＝0，②则b ，c 为方程(a 2－1)x 2＋2ax ＋3－a 2＝0的两个实根，所以b ＋c ＝－2aa 2－1，bc ＝3－a 2a 2－1、因为圆心到直线QR 的距离为d ＝|－2－bc |（b ＋c ）2＋1＝⎪⎪⎪⎪⎪⎪2＋3－a 2a 2－14a 2（a 2－1）2＋1＝a 2＋1a 4＋2a 2＋1＝1＝r ，所以直线QR 与圆C 相切．。
2019届高考数学文科江苏版1轮复习练习：第8平面解析几何5第5讲分层演练直击高考含解析
2019届高考数学文科江苏版1轮复习练习：第8平面解析几何5第5讲分层演练直击高考含解析1 / 11 / 1x 2y 2＝ 1 表示焦点在 y 轴上的椭圆，则实数 k 的取值范围是 ________．1．已知方程 ＋2－ k 2k － 12－ k>0，k<2 ，x 2y 21，＋ ＝ 1 表示焦点在 y 轴上的椭圆 ，则由 2k － 1>0， 得[分析 ] 由于方程 2－ k2k － 12k － 1>2 －kk>2k>1 ，故 k 的取值范围为 (1， 2)． [答案 ] (1，2)2．中心在座标原点的椭圆，焦点在x 轴上，焦距为 4，离心率为2，则该椭圆的方程2为________．c ＝2，则 a ＝ 2 2， b ＝2，因此椭圆的标准方程[分析 ] 依题意 ， 2c ＝ 4， c ＝ 2，又 e ＝ a 2x2 y 2为 8＋4 ＝1.22x＋ y＝ 1[答案] 84x 223．已知点 M( 3，0) ，椭圆 4 ＋ y ＝ 1 与直线 y ＝ k(x ＋3)交于点 A ， B ，则△ ABM 的周长为 ________．[分析 ] M( 3，0)与 F(－3， 0)是椭圆的焦点 ，则直线 AB 过椭圆左焦点 F(－ 3， 0)，且 AB ＝AF ＋BF ，△ ABM 的周长等于 AB ＋ AM ＋ BM ＝ (AF ＋AM )＋ (BF ＋BM )＝ 4a ＝ 8.[答案]84．“ m ＞ n ＞ 0”是“方程2 2表示焦点在 y 轴上的椭圆”的 ________条件．mx ＋ ny ＝ 1 2 2 [分析 ] 把椭圆方程化成 x ＋y ＝ 1.若 m ＞ n ＞ 0，则1＞ 1＞ 0.因此椭圆的焦点在 y 轴上．反1 1 n mm n之，若椭圆的焦点在 y 轴上 ，则1＞ 1＞ 0 即有 m ＞ n ＞ 0.故为充要条件．n m[答案 ] 充要x 2y 25．如图，椭圆 2＋ ＝1 的左、右焦点分别为 F 1， F 2， P 点在椭圆上，若 PF 1＝4，∠a 2 F 1PF 2＝ 120°，则 a 的值为 ________．。
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1．圆(x －1)2＋y 2＝1与直线y ＝33x 的位置关系是________． [解析] 因为圆(x －1)2＋y 2＝1的圆心为(1，0)，半径r ＝1， 所以圆心到直线y ＝33x 的距离为|3|3＋9＝12＜1＝r ，故圆与直线相交． [答案] 相交2. 圆O 1：x 2＋y 2－2x ＝0和圆O 2：x 2＋y 2－4y ＝0的位置关系是________．[解析] 圆O 1的圆心坐标为(1，0)，半径为r 1＝1，圆O 2的圆心坐标为(0，2)，半径r 2＝2，故两圆的圆心距O 1O 2＝5，而r 2－r 1＝1，r 1＋r 2＝3，则有r 2－r 1<O 1O 2<r 1＋r 2，故两圆相交．[答案] 相交3．平行于直线2x ＋y ＋1＝0且与圆x 2＋y 2＝5相切的直线的方程是________． [解析] 因为所求直线与直线2x ＋y ＋1＝0平行， 所以设所求的直线方程为2x ＋y ＋m ＝0. 因为所求直线与圆x 2＋y 2＝5相切， 所以|m |1＋4＝5， 所以m ＝±5.即所求的直线方程为2x ＋y ＋5＝0或2x ＋y －5＝0. [答案] 2x ＋y ＋5＝0或2x ＋y －5＝04．(2018·徐州月考)若经过点P (－3，0)的直线与圆x 2＋y 2＋4x －2y ＋3＝0相切，则圆心坐标是________；半径为________；切线在y 轴上的截距是________．[解析] (x ＋2)2＋(y －1)2＝2，所以圆心坐标为(－2，1)，半径为2；经过点P 的切线方程为y ＝－x －3，所以在y 轴上的截距为－3.[答案] (－2，1)2 －35．(2018·石家庄质检改编)圆x 2＋y 2－2x ＋4y ＝0与2tx －y －2－2t ＝0(t ∈R )的位置关系为________．[解析] 由题意知，直线2tx －y －2－2t ＝0(t ∈R )恒过点(1，－2)，而12＋(－2)2－2×1＋4×(－2)＝－5<0，所以点(1，－2)在圆x 2＋y 2－2x ＋4y ＝0内，所以圆x 2＋y 2－2x ＋4y ＝0与2tx －y －2－2t ＝0(t ∈R )的位置关系为相交．[答案] 相交6．在平面直角坐标系xOy 中，设点P 为圆C ：(x －1)2＋y 2＝4上的任意一点，点Q (2a ，a －3)(a ∈R )，则线段PQ 长度的最小值为________．[解析] 因点Q 坐标满足方程x －2y －6＝0，故可转化为圆上的点到直线的距离，因圆心C 到此直线的距离为d ＝|1－6|5＝5，又知半径为2，故所求最小值为5－2.[答案] 5－27．若直线y ＝x ＋b 与曲线y ＝3－4x －x 2有公共点，则b 的取值范围是________． 解析：由y ＝3－4x －x 2，得(x －2)2＋(y －3)2＝4(1≤y ≤3)． 所以曲线y ＝3－4x －x 2是半圆，如图所示．当直线y ＝x ＋b 与圆相切时， |2－3＋b |2＝2.所以b ＝1±2 2. 由图可知b ＝1－2 2.所以b 的取值范围是[]1－22，3. 答案：[1－22，3]8．(2018·苏锡常镇四市高三调研)已知直线l ：mx ＋y －2m －1＝0，圆C ：x 2＋y 2－2x －4y ＝0，当直线l 被圆C 所截得的弦长最短时，实数m ＝________．解析：直线l 被圆C ：(x －1)2＋(y －2)2＝5所截得的弦长最短，即圆心C 到直线l 的距离最大，d ＝|1－m |m 2＋1＝（1－m ）2m 2＋1＝1－2m m 2＋1，当d 取最大值时，m ＜0，此时d ＝1＋2（－m ）＋1－m ≤2，当且仅当－m ＝1，即m ＝－1 时取等号，即d 取得最大值，弦长最短．答案：－19．(2018·南京四校第一学期联考)已知圆C ：(x －1)2＋(y ＋2)2＝4，若直线l ：3x ＋4y ＋m ＝0上存在点P ，过点P 作圆C 的两条切线P A ，PB ，切点分别为A ，B ，∠APB ＝60°，则实数m 的取值范围是________．解析：圆C 的圆心C (1，－2)，半径r ＝2.连接PC ，AC ，则在Rt △PCA 中，∠APC ＝30°，AC ＝2，所以PC ＝4，这样就转化为直线l 上存在点P ，且点P 到圆心C 的距离为4，也就是直线l 与以C 为圆心，4为半径的圆有公共点，所以|3×1＋4×（－2）＋m |32＋42≤4，解得－15≤m ≤25，因此实数m 的取值范围是[－15，25]．答案：[－15，25]10．已知直线y ＝ax ＋3与圆x 2＋y 2＋2x －8＝0相交于A ，B 两点，点P (x 0，y 0)在直线y ＝2x 上，且P A ＝PB ，则x 0的取值范围为________．解析：由条件得圆心C (－1，0)，它到直线l ：y ＝ax ＋3的距离为d ＝|3－a |1＋a 2<3，解得a >0或a <－34.由P A ＝PB ，CA ＝CB ，得PC ⊥l ，于是k PC ＝－1a ，即2x 0x 0＋1＝－1a .从而由2x 0x 0＋1<0或0<2x 0x 0＋1<43得－1<x 0<0或0<x 0<2. 答案：(－1，0)∪(0，2)11．(2018·天津南开中学模拟)在平面直角坐标系xOy 中，圆C ：x 2＋y 2＋4x －2y ＋m ＝0与直线x －3y ＋3－2＝0相切．(1)求圆C 的方程；(2)若圆C 上有两点M ，N 关于直线x ＋2y ＝0对称，且MN ＝23，求直线MN 的方程． 解：(1)将圆C ：x 2＋y 2＋4x －2y ＋m ＝0化为(x ＋2)2＋(y －1)2＝5－m ， 因为圆C ：x 2＋y 2＋4x －2y ＋m ＝0与直线x －3y ＋3－2＝0相切， 所以圆心(－2，1)到直线x －3y ＋3－2＝0的距离d ＝41＋3＝2＝r ， 所以圆C 的方程为(x ＋2)2＋(y －1)2＝4.(2)若圆C 上有两点M ，N 关于直线x ＋2y ＝0对称，则可设直线MN 的方程为 2x －y ＋c ＝0，因为MN ＝23，半径r ＝2，所以圆心(－2，1)到直线MN 的距离为22－（3）2＝1， 即|－4－1＋c |5＝1， 所以c ＝5±5，所以直线MN 的方程为2x －y ＋5±5＝0.12．(2018·江苏省高考名校联考(三))如图，在平面直角坐标系xOy 中，已知圆O ：x 2＋y 2＝4，F (0，2)，点A ，B 是圆O 上的动点，且F A ·FB ＝4.(1)若FB ＝1，且点B 在第二象限，求直线AB 的方程；(2)是否存在与动直线AB 恒相切的定圆？若存在，求出该圆的方程；若不存在，请说明理由．解：(1)显然直线FB 的斜率存在，故可设直线FB 的方程为y ＝kx ＋2(k ＞0)，联立方程得⎩⎪⎨⎪⎧y ＝kx ＋2x 2＋y 2＝4，消去y 得，(k 2＋1)x 2＋4kx ＝0，得⎩⎪⎨⎪⎧x B＝－4kk 2＋1y B＝2－2k 2k 2＋1，故FB ＝1＋k 2⎪⎪⎪⎪0－⎝⎛⎭⎫－4k k 2＋1＝4|k |k 2＋1＝1，得k ＝1515，点B ⎝⎛⎭⎫－154，74. 因为FB ＝1，且F A ·FB ＝4，所以F A ＝4， 又圆O 的半径为2，所以A (0，－2)，故直线AB 的方程为y ＝－15x －2.(2)由(1)的求解方法易知，若FB ＝1，且点B 在第一象限， 则直线AB 的方程为y ＝15x －2， 故若存在符合题意的圆，则圆心在y 轴上．设圆心坐标为(0，m )，易知当AB ∥x 轴时，直线AB 的方程为y ＝1， 故|m －1|＝|m ＋2|15＋1＝|m ＋2|4，解得m ＝25或m ＝2.若直线FB ，F A 的斜率存在，不妨设直线FB ，F A 的方程分别为y ＝k 1x ＋2，y ＝k 2x ＋2(k 1≠k 2)，由(1)的求解方法易知，B ⎝ ⎛⎭⎪⎫－4k 1k 21＋1，2－2k 21k 21＋1，A ⎝ ⎛⎭⎪⎫－4k 2k 22＋1，2－2k 22k 22＋1，FB ＝4|k 1|k 21＋1，F A ＝4|k 2|k 22＋1. 又F A ·FB ＝4，所以4|k 1|k 21＋1·4|k 2|k 22＋1＝4，化简得15k 21k 22＝k 21＋k 22＋1(*)． 当直线AB 的斜率存在且不等于0时，直线AB 的方程为x －⎝⎛⎭⎫－4k 1k 21＋1－4k 2k 22＋1－⎝⎛⎭⎫－4k 1k 21＋1＝y －2－2k 21k 21＋12－2k 22k 22＋1－2－2k 21k 21＋1， 化简得(k 1＋k 2)x ＋(k 1k 2－1)y ＋2(k 1k 2＋1)＝0， 则点(0，2)到直线AB 的距离 d ＝|4k 1k 2|（k 1＋k 2）2＋（k 1k 2－1）2＝|4k 1k 2|k 21k 22＋k 21＋k 22＋1， 把(*)代入上式得d ＝1.又|m －1|＝1＝d ，故存在定圆x 2＋(y －2)2＝1与动直线AB 恒相切． 同理点⎝⎛⎭⎫0，25到直线AB 的距离 d ＝⎪⎪⎪⎪125k 1k 2＋85（k 1＋k 2）2＋（k 1k 2－1）2＝⎪⎪⎪⎪125k 1k 2＋85|4k 1k 2|，显然不是定值，故不符合题意．当直线AB 的斜率不存在时，易知可取A (1，3)，B (1，－3)，或A (－1，3)，B (－1，－3)，显然直线AB 与圆x 2＋(y －2)2＝1相切．综上所述，存在定圆：x 2＋(y －2)2＝1与动直线AB 恒相切．1．过点M (1，2)的直线l 与圆C ：(x －3)2＋(y －4)2＝25交于A ，B 两点，C 为圆心，当∠ACB 最小时，直线l 的方程是________．[解析] 依题意得知，当∠ACB 最小时，圆心C 到直线l 的距离达到最大，此时直线l 与直线CM 垂直，又直线CM 的斜率为1，因此所求的直线l 的方程是y －2＝－(x －1)，即x ＋y －3＝0.[答案] x ＋y －3＝02．已知直线x ＋y －k ＝0(k ＞0)与圆x 2＋y 2＝4交于不同的两点A ，B ，O 是坐标原点，且有|OA →＋OB →|≥33|AB →|，那么k 的取值范围是________．[解析] 当|OA →＋OB →|＝33|AB →|时，O ，A ，B 三点为等腰三角形的三个顶点，其中OA ＝OB ，∠AOB ＝120°，从而圆心O 到直线x ＋y －k ＝0(k ＞0)的距离为1，此时k ＝2；当k ＞2时|OA →＋OB →|＞33|AB →|，又直线与圆x 2＋y 2＝4存在两交点，故k ＜22，综上，k 的取值范围为[2，22)．[答案] [2，22)3．从直线3x ＋4y ＋8＝0上一点P 向圆C ：x 2＋y 2－2x －2y ＋1＝0引切线P A ，PB ，A ，B 为切点，则四边形P ACB 的周长的最小值为________．[解析] 连结CP .问题可以转化为关于圆心C 到直线上任意一点P 的距离d 的函数．圆C ：x 2＋y 2－2x －2y ＋1＝0可化为(x －1)2＋(y －1)2＝1.P A ＝PB ＝d 2－1(PC ＝d ≥3×1＋4×1＋85＝3)，所以四边形P ACB 的周长＝2d 2－1＋2r ＝2d 2－1＋2≥29－1＋2＝42＋2.[答案] 42＋24．在平面直角坐标系xOy 中，圆C ：x 2＋y 2＝4分别交x 轴正半轴及y 轴负半轴于M ，N 两点，点P 为圆C 上任意一点，则PM →·PN →的最大值为________．[解析] 法一：由图形可得PM →·PN →＝(PO →＋OM →)·(PO →＋ON →)＝|PO →|2＋PO →·(OM →＋ON →)＝4＋PO →·(OM →＋ON →)≤4＋|PO →|·|OM →＋ON →|＝4＋42，当且仅当P 为直线y ＝－x 与圆在第二象限交点处取得等号．法二：设P (x ，y )，又M (2，0)，N (0，－2)，所以PM →·PN →＝(2－x ，－y )·(－x ，－2－y )＝x 2－2x ＋y 2＋2y ＝4－2(x －y )，设x ＝2cos θ，y ＝2sin θ，所以PM →·PN →＝4＋4(sin θ－cos θ)＝4＋42sin ⎝⎛⎭⎫θ－π4≤4＋4 2. [答案] 4＋4 25．已知圆C 的半径为2，圆心在x 轴正半轴上，直线3x －4y ＋4＝0与圆C 相切．(1)求圆C 的方程；(2)若过点(0，－3)的直线l 与圆C 交于不同的两点A (x 1，y 1)，B (x 2，y 2)，且x 1x 2＋y 1y 2＝3，求三角形AOB 的面积．[解] (1)设圆心C 的坐标为(a ，0)(a >0)， 则圆C 的方程为(x －a )2＋y 2＝4. 因为圆C 与直线3x －4y ＋4＝0相切， 所以|3a ＋4|32＋（－4）2＝2，解得a ＝2或a ＝－143(舍)，所以圆C 的方程为(x －2)2＋y 2＝4. (2)依题意设直线l 的方程为y ＝kx －3，由⎩⎪⎨⎪⎧y ＝kx －3，（x －2）2＋y 2＝4得(1＋k 2)x 2－(4＋6k )x ＋9＝0， 因为l 与圆C 相交于不同的两点A (x 1，y 1)，B (x 2，y 2)，所以Δ＝[－(4＋6k )]2－4(1＋k 2)×9>0，且x 1＋x 2＝4＋6k 1＋k 2，x 1x 2＝91＋k 2， 所以y 1y 2＝(kx 1－3)(kx 2－3) ＝k 2x 1x 2－3k (x 1＋x 2)＋9＝9k 21＋k 2－12k ＋18k 21＋k 2＋9， 又因为x 1x 2＋y 1y 2＝3，所以91＋k 2＋9k 21＋k 2－12k ＋18k 21＋k 2＋9＝3，整理得k 2＋4k －5＝0，解得k ＝1或k ＝－5(不满足Δ>0，舍去)． 所以直线l 的方程为y ＝x －3. 所以圆心C 到l 的距离为d ＝|2－3|2＝22， 则AB ＝2·22－⎝⎛⎭⎫222＝14， 又△AOB 的底边AB 上的高h ＝32＝322.所以S △AOB ＝12AB ·h ＝12×14×322＝372.6．(2018·江苏省苏北四市期中)已知直线x －2y ＋2＝0与圆C ：x 2＋y 2－4y ＋m ＝0相交，截得的弦长为255.(1)求圆C 的方程；(2)过原点O 作圆C 的两条切线，与抛物线y ＝x 2相交于M 、N 两点(异于原点)．证明：直线MN 与圆C 相切；(3)若抛物线y ＝x 2上任意三个不同的点P 、Q 、R ，且满足直线PQ 和PR 都与圆C 相切，判断直线QR 与圆C 的位置关系，并加以证明．[解] (1)因为C (0，2)，所以圆心C 到直线x －2y ＋2＝0的距离为d ＝|0－4＋2|5＝25，因为截得的弦长为255，所以r 2＝⎝⎛⎭⎫252＋⎝⎛⎭⎫552＝1，所以圆C 的方程为：x 2＋(y －2)2＝1.(2)证明：设过原点的切线方程为：y ＝kx ，即kx －y ＝0， 所以|0－2|k 2＋1＝1，解得k ＝±3，所以过原点的切线方程为：y ＝±3x ，不妨设y ＝3x 与抛物线的交点为M ，则⎩⎨⎧y ＝3xy ＝x2，解得M (3，3)，同理可求：N (－3，3)，所以直线MN ：y ＝3.因为圆心C (0，2)到直线MN 的距离为1且r ＝1，所以直线MN 与圆C 相切． (3)直线QR 与圆C 相切．证明如下：设P (a ，a 2)，Q (b ，b 2)，R (c ，c 2)，则直线PQ 、PR 、QR 的方程分别为：PQ ：(a ＋b )x －y －ab ＝0，PR ：(a ＋c )x －y －ac ＝0，QR ：(b ＋c )x －y －bc ＝0. 因为PQ 是圆C 的切线，所以|－2－ab |（a ＋b ）2＋1＝1，化简得：(a 2－1)b 2＋2ab ＋3－a 2＝0，①因为PR 是圆C 的切线，同理可得：(a 2－1)c 2＋2ac ＋3－a 2＝0，②则b ，c 为方程(a 2－1)x 2＋2ax ＋3－a 2＝0的两个实根，所以b ＋c ＝－2aa 2－1，bc ＝3－a 2a 2－1.因为圆心到直线QR 的距离为d ＝|－2－bc |（b ＋c ）2＋1＝⎪⎪⎪⎪⎪⎪2＋3－a 2a 2－14a 2（a 2－1）2＋1＝a 2＋1a 4＋2a 2＋1＝1＝r ，所以直线QR 与圆C 相切．。