2021年广东省新高考数学总复习:立体几何中的动态问题
2021年广东省新高考数学总复习:立体几何中的动态问题
[解题策略]
立体几何中的“动态”问题就变化起因而言大致可分为两类:一是平移;二是旋转.就所求变量而言可分为三类:一是相关线、面、体的测度;二是角度;三是距离.立体几何动态问题的解决需要较高的空间想象能力与化归处理能力,在各省市的高考选择题与填空题中也时有出现.在解“动态”立体几何题时,如果我们能努力探寻运动过程中“静”的一面,动中求静,往往能以静制动、克难致胜.
1.去掉枝蔓见本质——大道至简
在解决立体几何中的“动态”问题时,需从复杂的图形中分化出最简单的具有实质性意义的点、线、面,让几何图形的实质“形销骨立”,即从混沌中找出秩序,是解决“动态”问题的关键.
例1 如图1,直线l ⊥平面α,垂足为O .正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1的棱长为2.点A 是直线l 上的动点,点B 1在平面α内,则点O 到线段CD 1中点P 的距离的最大值为________.
图1
答案 2+2
解析 从图形分化出4个点O ,A ,B 1,P ,其中△AOB 1为直角三角形,固定AOB 1,点P 的轨迹是在与AB 1垂直的平面上且以AB 1的中点Q 为圆心的圆,
从而OP ≤OQ +QP =12
AB 1+2=2+2, 当且仅当OQ ⊥AB 1,且点O ,Q ,P 共线时取到等号,此时直线AB 1与平面α成45°角.
2.极端位置巧分析——穷妙极巧
在解决立体几何中的“动态”问题时,对于移动问题,由图形变化的连续性,穷尽极端特殊之要害,往往能直取答案.
例2 在正四面体A -BCD 中,E 为棱BC 的中点,F 为直线BD 上的动点,则平面AEF 与平面ACD 所成二面角的正弦值的取值范围是________.
答案 ???
?23,1 解析 本例可用极端位置法来加以分析.
先寻找垂直:记O 为△ACD 的中心,G 为OC 的中点,则BO ⊥面ACD ,EG ⊥面ACD .如图2,过点A ,E ,G 的平面交直线BD 于点F .此时,平面AEF 与平面ACD 所面二面角的正弦值为1.
由图形变化的连续性知,当点F 在直线BD 的无穷远处时,看成EF 和BD 平行,此时平面AEF 与平面ACD 所成二面角最小(如图3),其正弦值为23.
图2 图3
综上可知,平面AEF 与平面ACD 所成二面角的正弦值的取值范围为??
?
?23,1. 3.用法向量定平面——定海神针
在解决立体几何中的“动态”问题时,有关角度计算问题,用法向量定平面,可将线面角或面面角转化为线线角.
例3 在长方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,已知二面角A 1-BD -A 的大小为π6
,若空间有一条直线l 与直线CC 1所成的角为π4
,则直线l 与平面A 1BD 所成角的取值范围是________. 答案 ????π12,5π12
解析 如图4,过点A 作AE ⊥BD 于点E ,连接A 1E ,则∠A 1EA =π6
.过点A 作AH ⊥A 1E 于点H ,则AH →为平面A 1BD 的法向量,且∠A 1AH =π6.因为l 与直线CC 1所成角的大小为π4
,即l 与直线AA 1所成角的大小为π4
,那么l 与直线AH 所成角的取值范围为????π4-π6,π4+π6.又因为l 与直线AH 所成的角和l 与平面A 1BD 所成的角互余,所以直线l 与平面A 1BD 所成角的取值范
围是????π12,5π12.
图4
4.锁定垂面破翻折——独挡一面
在解决立体几何中的“动态”问题时,对于翻折或投影问题,若能抓住相关线或面的垂面,
立体几何动点问题
立体几何与平面解析几何的交汇问题 在教材中,立体几何与解析几何是互相独立的两章,彼此分离不相联系,实际上,从空间维数看,平面几何是二维的,立体几何是三维的,因此,立体几何是由平面几何升维而产生;另一方面,从立体几何与解析几何的联系看,解析几何中的直线是空间二个平面的交线,圆锥曲线(椭圆、双曲线、抛物线)是平面截圆锥面所产生的截线;从轨迹的观点看,空间中的曲面(曲线)是空间中动点运动的轨迹,正因为平面几何与立体几何有这么许多千丝万缕的联系,因此,在平面几何与立体几何的交汇点,新知识生长的土壤特别肥沃,创新型题型的生长空间也相当宽广,这一点,在高考卷中已有充分展示,应引起我们在复习中的足够重视。 一、动点轨迹问题 这类问题往往是先利用题中条件把立几问题转化为平面几何问题,再判断动点轨迹。 例1定点A 和B 都在平面α内,定点α?P ,α⊥PB , C 是α内异于A 和B 的动点,且AC PC ⊥。那么,动点C 在平面α内的轨迹是( ) A. 一条线段,但要去掉两个点 B. 一个圆,但要去掉两个点 C. 一个椭圆,但要去掉两个点 D. 半圆,但要去掉两个点 例2若三棱锥A —BCD 的侧面ABC 内一动点P 到平面BCD 距离与到棱AB 距离相等,则动点P 的轨迹与△ABC 组成的图形可能是( ) ) 解:设二面角A —BC —D 大小为θ,作PR ⊥面BCD ,R 为垂足,PQ ⊥BC 于Q ,PT ⊥AB 于T ,则∠PQR =θ, 且由条件PT=PR=PQ·sinθ,∴ 为小于1的常数,故轨迹图形应选(D )。 二、几何体的截痕
例3:球在平面上的斜射影为椭园:已知一巨型广告汽球直径6米,太阳光线与地面所成角为60°,求此广告汽球在地面上投影椭圆的离心率和面积(椭圆面积公式为S=πab ,其中a,b 为长、短半轴长)。 解:由于太阳光线可认定为平行光线,故广告球的投影 椭园等价于以广告球直径为直径的圆柱截面椭园:此时 b=R ,a= =2R ,∴离心率 , 投影面积S=πab=π·k·2R=2πR 2=18π。 三、动点与某点(面)的距离问题 , 例4.正方体1111D C B A ABCD -中,棱长为a ,E 是 1AA 的中点, 在对角面D D BB 11上找一动点M ,使AM+ME 最小.a 23. 四、常见的轨迹问题 (1) 轨迹类型识别 此类问题最为常见,求解时,关注几何体的特征,灵活选择几何法与代数法. 例5、(北京)平面α的斜线AB 交α于点B ,过定点A 的动直线l 与AB 垂直,且交 α于点C ,则动点C 的轨迹是( ) A .一条直线 B.一个圆 C.一个椭圆 D.双曲线的一支 【解析】直线l 运动后形成的轨迹刚好为线段AB 的垂面,由公理二易知点C 刚好落在平面α与线段AB 的垂面的交线上,所以动点C 的轨迹是一条直线.选择 A. 总结:空间的轨迹最简单的一直存在形式就是两个平面的交线,处理问题中注意识别即可. 例6、如图,在正方体ABCD A 1 B 1C 1D 1 中,若四边形A 1BCD 1 内一动点P 到AB 1和 BC 的距离相等,则点P 的轨迹为( ) … A .椭圆的一部分 B .圆的一部分 C .一条线段 D .抛物线的一部分 O E 例4题图 A % C D A 1 C 1 D 1 B 1 M - C D B C P O
高中数学立体几何测试题及答案一)
高中数学必修2立体几何测试题及答案(一)一,选择(共80分,每小题4分) 1,三个平面可将空间分成n个部分,n的取值为() A,4;B,4,6;C,4,6,7 ;D,4,6,7,8。 2,两条不相交的空间直线a、b,必存在平面α,使得() A,a?α、b?α;B,a?α、b∥α;C,a⊥α、b⊥α;D,a?α、b⊥α。 3,若p是两条异面直线a、b外的任意一点,则() A,过点p有且只有一条直线与a、b都平行;B,过点p有且只有一条直线与a、b都垂直;C,过点p有且只有一条直线与a、b都相交;D,过点p有且只有一条直线与a、b都异面。 4,与空间不共面四点距离相等的平面有()个 A,3 ;B,5 ;C,7;D,4。 5,有空间四点共面但不共线,那么这四点中() A,必有三点共线;B,至少有三点共线;C,必有三点不共线;D,不可能有三点共线。 6,过直线外两点,作与该直线平行的平面,这样的平面可有()个 A,0;B,1;C,无数;D,涵盖上三种情况。 7,用一个平面去截一个立方体得到的截面为n边形,则() A,3≤n≤6 ;B,2≤n≤5 ;C,n=4;D,上三种情况都不对。 8,a、b为异面直线,那么() A,必然存在唯一的一个平面同时平行于a、b;B,过直线b 存在唯一的一个平面与a平行;C,必然存在唯一的一个平面同时垂直于a、b;D,过直线b 存在唯一的一个平面与a垂直。 9,a、b为异面直线,p为空间不在a、b上的一点,下列命题正确的个数是() ①过点p总可以作一条直线与a、b都垂直;②过点p总可以作一条直线与a、b都相交;③
过点p 总可以作一条直线与a 、b 都平行;④过点p 总可以作一条直线与一条平行与另一条垂直;⑤过点p 总可以作一个平面与一条平行与另一条垂直。 A ,1; B ,2; C ,3; D ,4。 10,异面直线a 、b 所成的角为80°,p 为空间中的一定点,过点p 作与a 、b 所成角为40° 的直线有( )条 A ,2; B ,3; C ,4; D ,6。 11,P 是△ABC 外的一点,PA 、PB 、PC 两两互相垂直,PA=1、PB=2、PC=3,则△ABC 的 面积为( )平方单位 A ,25; B ,611; C ,27; D ,2 9。 12,空间四个排名两两相交,以其交线的个数为元素构成的集合是( ) A ,{2,3,4}; B ,{1,2,3,}; C ,{1,3,5}; D ,{1,4,6}。 13,空间四边形ABCD 的各边与对角线的长都是1,点P 在AB 上移动 ,点Q 在CD 上移 动,点P 到点Q 的最短距离是( ) A ,21; B ,22; C ,23; D ,4 3。 14,在△ABC 中,AB=AC=5,BC=6,PA ⊥平面ABC ,PA=8,则P 到BC 的距离是( ) A ,45; B ,43; C ,25; D ,23。 15,已知m ,n 是两条直线,α,β是两个平面,下列命题正确的是( ) ①若m 垂直于α内的无数条直线,则m ⊥α;②若m 垂直于梯形的两腰,则m 垂直于梯形所 在的平面;③若n ∥α,m ?α,则n ∥m ;④若α∥β,m ?α,n ⊥β,则n ⊥m 。 A ,①②③; B ,②③④; C ,②④; D ,①③。 16,有一棱长为1的立方体,按任意方向正投影,其投影最大面积为( )
近五年高考数学(理科)立体几何题目汇总
高考真题集锦(立体几何部分) 1.(2016.理1)如图是由圆柱和圆锥组合而成的几何体的三视图,则该几何体的表面积是( ) A 20π B24π C28π D.32π 2. βα,是两个平面,m,n 是两条直线,有下列四个命题: (1)如果m ⊥n,m ⊥α,n ∥β,那么βα⊥; (2)如果m ⊥α,n ∥α,那么m ⊥n. (3)如果αβα?m ,∥那么m ∥β。 (4)如果m ∥n,βα∥,那么m 与α所成的角和n 与β所成的角相等。 其中正确的命题有___________ 3.(2016年理1)如图,某几何体的三视图是三个半径相等的圆及每个圆中两条互相垂直的半径.若该几何体的体积是π328,则它的表面积是 A 17π B.18π C.20π D.28π 4.平面α过正方体1111D C B A ABCD -的顶点A ,α//平面11D CB ,?α平面ABCD =m , ?α平面11A ABB =n,则m,n 所成角的正弦值为( ) A.23 B.22 C.33 D.3 1 5.(2016年理1)如图,在以A,B,C,D,E,F 为顶点的五面体中,面ABEF 为正方形,AF=2FD ,∠AFD=90°,且二面角D-AF-E 与二面角C-BE-F 都是60° .(12分) (Ⅰ)证明:平面ABEF ⊥平面EFDC ; (Ⅱ)求二面角E-BC-A 的余弦值.
6. (2015年理1)圆柱被一个平面截取一部分后与半球(半径为r )组成一个几何体,该几何体三视图的正视图和俯视图如图所示,若该几何体的表面积是16+20π,则r=( ) A.1 B.2 C.7 D.8 7.如图,四边形ABCD 为菱形,∠ABC=120°,E,F 是平面ABCD 同一侧的亮点,BE ⊥平面ABCD,DF ⊥平面ABCD,BE=2DF,AE ⊥EC. (1) 证明:平面AEC ⊥平面AFC; (2) 求直线AE 与直线CF 所成角的余弦值。 8.一个正方体被一个平面截去一部分后,剩余部分的三视图如下图,则截取部分体积和剩余 部分体积的比值为() 9.如图,长方体1111D C B A ABCD -中,AB = 16,BC = 10,AA1 = 8,点E ,F 分别在1111C D B A , 上,411==F D E A ,过点E,F 的平面α与此长方体的面相交,交线围成一个正方形。 (1)在图中画出这个正方形(不必说明画法和理由); (2)求直线AF 与平面α所成的角的正弦值 10.如图,菱形ABCD 的对角线AC 与BD 交于点O ,AB=5,AC=6,点E,F 分别在AD,CD 上,AE=CF=45 ,EF 交BD 于点H.将△DEF 沿EF 折到△DEF 的位置,OD ’=10 (1)证明:D ’H ⊥平面ABCD (2)求二面角B-D ’A-C 的正弦值
立体几何动态问题专题
立体几何的动态问题 立体几何的动态问题,主要有五种:动点问题、翻折问题、旋转问题、投影与截面问题以及轨迹问题。基本类型:点动问题;线动问题;面动问题;体动问题;多动问题等。解题时一般可以通过改变视角、平面化或者寻找变化过程中的不变因素而把问题回归到最本质的定义、定理或现有的结论中,若能再配以沉着冷静的心态去计算,那么相信绝大多数问题可以迎刃而解。 动点轨迹问题 空间中动点轨迹问题变化并不多,一般此类问题可以从三个角度进行分析处理,一是从曲线定义或函数关系出发给出合理解释;二是平面与平面交线得直线或线段;三是平面和曲面(圆锥,圆柱侧面,球面)交线得圆,圆锥曲线。很少有题目会脱离这三个方向。(注意:阿波罗尼斯圆,圆锥曲线第二定义) 1.(2015·浙江卷8)如图11-10,斜线段AB与平面α所成的角为60°,B为斜足,平面α上的动点P满足∠PAB =30°,则点P的轨迹是( ) A.直线 B.抛物线C.椭圆 D.双曲线的一支 式题如图,平面α的斜线AB交α于B点,且与α所成的角为θ,平面α内有一动点满足∠=π 6 ,若动 点C的轨迹为椭圆,则θ的取值范围为________. 3.(2015春?龙泉驿区校级期中)在棱长为1的正方体ABCD﹣A1B1C1D1中,M是A1D1的中点,点P在侧面BCC1B1上运动.现有下列命题: ①若点P总保持PA⊥BD1,则动点P的轨迹所在的曲线是直线; ②若点P到点A的距离为,则动点P的轨迹所在的曲线是圆; ③若P满足∠MAP=∠MAC1,则动点P的轨迹所在的曲线是椭圆; ④若P到直线BC与直线C1D1的距离比为2:1,则动点P的轨迹所在的曲线是双曲线; ⑤若P到直线AD与直线CC1的距离相等,则动点P的轨迹所在的曲线是抛物线. 其中真命题的个数为() A.4 B.3 C.2 D.1
2020高考数学立体几何练习题23题
2020高考数学之立体几何解答題23題 一.解答题(共23小题) 1.在如图所示的几何体中,四边形ABCD是菱形,ADNM是矩形,平面ADNM⊥平面ABCD,∠DAB=60°,AD=2,AM=1,E为AB的中点. (Ⅰ)求证:AN∥平面MEC; (Ⅱ)在线段AM上是否存在点P,使二面角P﹣EC﹣D的大小为?若存在,求出AP的长h;若不存在,请说明理由. 2.如图,三棱柱中ABC﹣A1B1C1中,点A1在平面ABC内的射影D为棱AC的中点,侧面A1ACC1为边长为2 的菱形,AC⊥CB,BC=1. (Ⅰ)证明:AC1⊥平面A1BC; (Ⅱ)求二面角B﹣A1C﹣B1的大小.
3.如图,已知四棱锥P﹣ABCD,PB⊥AD侧面PAD为边长等于2的正三角形,底面ABCD为菱形,侧面PAD与底面ABCD所成的二面角为120°. (I)求点P到平面ABCD的距离, (II)求面APB与面CPB所成二面角的大小. 4.在正三棱锥P﹣ABC中,底面正△ABC的中心为O,D是PA的中点,PO=AB=2,求PB与平面BDC所成角的正弦值.
5.如图,正三棱锥O﹣ABC的三条侧棱OA、OB、OC两两垂直,且长度均为2.E、F分别是AB、AC的中点,H是EF的中点,过EF作平面与侧棱OA、OB、OC或其延长线分别相交于A1、B1、C1,已知. (1)求证:B1C1⊥平面OAH; (2)求二面角O﹣A1B1﹣C1的大小. 6.如图,在三棱锥A﹣BCD中,侧面ABD、ACD是全等的直角三角形,AD是公共的斜边,且AD=,BD=CD=1,另一个侧面是正三角形. (1)求证:AD⊥BC. (2)求二面角B﹣AC﹣D的大小. (3)在直线AC上是否存在一点E,使ED与面BCD成30°角?若存在,确定E的位置;若不存在,说明理由.
2018届高考数学(理)热点题型:立体几何(含答案解析)
4 42 立体几何 热点一空间点、线、面的位置关系及空间角的计算 空间点、线、面的位置关系通常考查平行、垂直关系的证明,一般出现在解答题的第(1)问,解答题的第(2)问常考查求空间角,求空间角一般都可以建立空间直角坐标系,用空间向量的坐标运算求解. π 【例1】如图,在△ABC中,∠ABC=,O为AB边上一点,且3OB=3OC=2AB,已知PO⊥平面ABC,2DA=2AO=PO,且DA∥PO. (1)求证:平面PBD⊥平面COD; (2)求直线PD与平面BDC所成角的正弦值. (1)证明∵OB=OC,又∵∠ABC= π 4 , ππ ∴∠OCB=,∴∠BOC=. ∴CO⊥AB. 又PO⊥平面ABC, OC?平面ABC,∴PO⊥OC. 又∵PO,AB?平面PAB,PO∩AB=O, ∴CO⊥平面PAB,即CO⊥平面PDB. 又CO?平面COD, ∴平面PDB⊥平面COD. (2)解以OC,OB,OP所在射线分别为x,y,z轴,建立空间直角坐标系,如图所示.
? →·n ? 则 sin θ=? ?|PD||n|? PD BC BD BC BD =? ?= 02+(-1)2+(-1)2× 12+12+32 ? 11 1×0+1×(-1)+3×(-1) 设 OA =1,则 PO =OB =OC =2,DA =1. 则 C(2,0,0),B(0,2,0),P(0,0,2),D(0,-1,1), ∴→=(0,-1,-1),→=(2,-2,0),→=(0,-3,1). 设平面 BDC 的一个法向量为 n =(x ,y ,z), ??n·→=0, ?2x -2y =0, ∴? ∴? ??n·→=0, ?-3y +z =0, 令 y =1,则 x =1,z =3,∴n=(1,1,3). 设 PD 与平面 BDC 所成的角为 θ, ? PD ? → ? ? ? ? 2 22 . 即直线 PD 与平面 BDC 所成角的正弦值为 2 22 11 . 【类题通法】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. 【对点训练】 如图所示,在多面体 A B D DCBA 中,四边形 AA B B ,ADD A ,ABCD 均为正方 1 1 1 1 1 1 1 形,E 为 B D 的中点,过 A ,D ,E 的平面交 CD 于 F. 1 1 1 1 (1)证明:EF∥B C. 1 (2)求二面角 EA D B 的余弦值. 1 1 (1)证明 由正方形的性质可知 A B ∥AB∥DC,且 A B =AB =DC ,所以四边形 A B CD 为平行 1 1 1 1 1 1