2010高三数学高考《立体几何初步》专题学案:棱柱 棱锥
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第10课时 棱柱 棱锥
一、棱柱
1.定义:如果一个多面体有两个面互相 ,而其余每相邻两个面的交线互相 ,这样的多面体叫做棱柱,两个互相平行的面叫做棱柱的 ,其余各面叫做棱柱的 ,两侧面的公共边叫做棱柱的 ,两个底面所在平面的公垂线段,叫做棱柱的 .
2.性质:① 侧棱 ,侧面是 ;② 两个底面与平行于底面的截面是对应边互相平行的 多边形;③ 过不相邻的两条侧棱的截面是 四边形.
3.分类:① 按底面边数可分为 ;② 按侧棱与底面是否垂直可分为:
棱柱 ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧ ⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧⎪
⎩⎪
⎨⎧
4.特殊的四棱柱:四棱柱→平行六面体→直平行六面体→长方体→正四棱柱→正方体. 5.长方体对角线的性质:长方体一条对角线的平方等于一个顶点上三条棱长的 . 二、棱锥
1.定义:如果一个多面体的一个面是 ,其余各面是有一个公共顶点的 ,那么这个多面体叫做棱锥,有公共顶点的各三角形,叫做棱锥的 ;余下的那个多边形,叫做棱锥的 .两个相邻侧面的公共边,叫做棱锥的 ,各侧面的公共顶点,叫做棱锥的 ;由顶点到底面所在平面的垂线段,叫做棱锥的 . 2.性质:如果棱锥被平行于底面的平面所截,那么所得的截面与底面 ,截面面积与底面面积的比等于顶点到截面距离与棱锥高的 .
3.正棱锥的定义:如果一个棱锥的底面是 多边形,且顶点在底面的射影是底面的 ,这样的棱锥叫做正棱锥. 4.正棱锥的性质:
① 正棱锥各侧棱 ,各侧面都是 的等腰三角形,各等腰三角形底边上的高 (它叫做正棱锥的 );
② 正棱锥的高、斜高和斜高在底面内的射影组成一个 三角形,正棱锥的高、侧棱、侧棱在底面内的射影组成一个 三角形.
例1.已知正四棱柱ABCD -A 1B 1C 1D 1,AB =1,AA 1=2, 点E 为CC 1的中点,点F 为BD 1的中点. ⑴ 证明:EF 为BD 1与CC 1的公垂线;
A B
C
D
A 1 C 1
D 1
B 1
E F
⑵ 求点F 到面BDE 的距离. 答案(1)略; (2)
3
3 变式训练1:三棱柱ABC -A 1B 1C 1中,AB =2a ,
BC 、AC 、AA 1长均为a ,A 1在底面ABC 上的射影O 在AC 上. ⑴ 求AB 与侧面AC 1所成的角;
⑵ 若O 点恰是AC 的中点,求此三棱柱的侧面积. 答案(1) 45°;(2)
2)732(2
1
a ++ 例2. 如图,正三棱锥P —ABC 中,侧棱PA 与底面ABC 成60°角. (1)求侧PAB 与底面ABC 成角大小; (2)若E 为PC 中点,求AE 与BC 所成的角; (3)设AB =32,求P 到面ABC 的距离. 解:(1)32arctan ;
(2)取PB 中点F ,连结EF ,则∠AEF 为所求的角,求得∠AEF =20
30
arccos ; (3)P 到平面ABC 的距离为32.
变式训练2: 四面体ABCD 中,O 、E 分别是BD 、BC
CA =CB =CD =BD =2,AB =AD =2. (1)求证:AO ⊥平面BCD ;
(2)求异面直线AB 与CD 所成的角; (3)求点E 到平面ACD 的距离.
答案:(1)易证AO ⊥BD ,AO ⊥OC ,∴AO ⊥平面BCD ; (2)42arccos
;(3)用等体积法或向量法可求得点E 到平面ACD 的距离是7
21. 例3. 四棱锥P-ABCD 的底面ABCD 是直角梯形,AB ∥CD ,AB =2,CD =1,∠DAB =45°;侧面
PAD 是等腰直角三角形,AP =PD ,且平面PAD ⊥平面ABCD .
⑴ 求证:PA ⊥BD ; ⑵ 求PB 与底面ABCD 所成角的正切值; ⑶ 求直线PD 与BC 所成的角. 答案:(1)略;(2)
5
5
;(3)60°
变式训练3:在所有棱长均为a 的正三棱柱ABC -A 1B 1C 1中,D 为BC 的中点.
⑴ 求证:AD ⊥BC 1; ⑵ 求二面角A -BC 1-D 的大小;
P
A
C
B
E
A
B
C P
D
A
A 1
C 1
B 1
C
O
A
C
D B C 1
B 1
A
⑶ 求点C 到平面ABC 1的距离.
提示:(1)证AD ⊥平面BB 1C 1C ;(2) arc tan 6;(3)
7
21
a . 例4.如图,在直三棱柱ABC —A 1B 1C 1中,∠ACB =90°,AC =BC =CC 1=1,M 为AB 的中点,A 1D =3DB 1.
(1)求证:平面CMD ⊥平面ABB 1A 1; (2)求点A 1到平面CMD 的距离; (3)求MD 与B 1C 1所成角的大小. 提示(1)转证CM ⊥平面A 1B ;
(2)过A 1作A 1E ⊥DM ,易知A 1E ⊥平面CMD ,∴求得A 1E =1; (3)异面直线MD 与B 1C 1所成的角为6
2arccos
变式训练4:在长方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,AA 1=AD =1,AB =2,O 为对角线A 1C 的中点. ⑴ 求OD 与底面ABCD 所成的角的大小;
⑵ P 为AB 上一动点,当P 在何处时,平面POD ⊥平面A 1CD ?并证明你的结论.
当P 为AB 的中点时,平面POD ⊥平面A 1CD .
柱体和锥体是高考立体几何命题的重要载体,因此,在学习时要注意以下三点. 1.要准确理解棱柱、棱锥的有关概念,弄清楚直棱柱、正棱锥概念的内涵和外延. 2.要从底面、侧面、棱(特别是侧棱)和截面(对角面及平行于底面的截面)四个方面掌握几何性质,能应用这些性质研究线面关系.
3.在解正棱锥问题时,要注意利用四个直角三角形,其中分别含有九个元素(侧棱、高、侧棱与斜高在底面上的射影、侧棱与侧面与底面所成角、边心距以及底面边的一半)中的三个,已知两个可求另一个.
A 1
B 1
C 1 C M
D
B