必修二立体几何测试题
高中数学必修2立体几何测试题(含参考答案)

高中数学必修2立体几何测试题参考答案一、选择题(每小题5分,共60分)ADDCB BDADD BB二、填空题(每小题4分,共16分)13、小于 14、平行 15、菱形 16、1111AC B D 对角线与互相垂直三、解答题(共74分,要求写出主要的证明、解答过程)17、【解析】(1)方法一:如图,取AD 的中点H ,连结GH ,FH.∵E 、F 分别为PC 、PD 的中点,∴EF ∥CD.∵G 、H 分别为BC 、AD 的中点,∴GH ∥CD.∴EF ∥GH.∴E 、F 、H 、G 四点共面.∵F 、H 分别为DP 、DA 的中点,∴PA ∥FH.∵PA ⊄平面EFG ,FH ⊂平面EFG ,∴PA ∥平面EFG.方法二:∵E 、F 、G 分别为PC 、PD 、BC 的中点.∴EF ∥CD,EG ∥PB.∵CD ∥AB,∴EF ∥AB.∵PB ∩AB=B,EF ∩EG=E,∴平面EFG ∥平面PAB.∵PA ⊂平面PAB ,∴PA ∥平面EFG.(2)由三视图可知,PD ⊥平面ABCD ,又∵GC ⊂平面ABCD ,∴GC ⊥PD.∵四边形ABCD 为正方形,∴GC ⊥CD.∵PD ∩CD=D,∴GC ⊥平面PCD.∵PF=12PD=1,EF= 12CD=1, ∴S △PEF = 12EF ·PF= 12. ∵GC= 12BC=1, ∴V P-EFG =V G-PEF = 13S △PEF ·GC= 13×12×1=16.19、证明:(1)连结11A C ,设11111AC B D O = 连结1AO , 1111ABCD A B C D -是正方体 11A ACC ∴是平行四边形11A C AC ∴且 11A C AC = 2分又1,O O 分别是11,A C AC 的中点,11O C AO ∴且11O C AO =11AOC O ∴是平行四边形 4分111,C O AO AO ∴⊂面11AB D ,1C O ⊄面11AB D∴1C O 面11AB D 6分(2)1CC ⊥面1111A B C D 11!CC B D ∴⊥ 7分 又1111A C B D ⊥, 1111B D AC C ∴⊥面 9分111AC B D ⊥即 11分 同理可证11A C AB ⊥, 12分又1111D B AB B =∴1A C ⊥面11AB D 14分20.【解析】(1)在△ABE中,P,Q分别是AE,AB的中点,所以PQ∥EB,又DC∥EB,所以PQ∥DC,又PQ⊄平面ACD,DC⊂平面ACD,所以PQ∥平面ACD.(2)连接DP,CQ,在△ABC中,AC=BC=2,AQ=BQ,所以CQ⊥AB,因为DC⊥平面ABC,EB∥DC,所以EB⊥平面ABC,又EB⊂平面ABE,所以平面ABE⊥平面ABC,平面ABE∩平面ABC=AB,所以CQ⊥平面ABE,由(1)知四边形DCQP是平行四边形,所以DP∥CQ,所以DP⊥平面ABE,所以AD在平面ABE内的射影是AP, 所以∠DAP是AD与平面ABE所成的角.在Rt △APD 中,AD ==,DP=CQ=2sin ∠CAQ=1,所以sin ∠DAP= DPAD 5==.故AD 与平面ABE 21.【解析】(1)由条件知PDAQ 为直角梯形.因为QA ⊥平面ABCD ,所以平面PDAQ ⊥平面ABCD ,交线为AD.又四边形ABCD 为正方形,DC ⊥AD ,所以DC ⊥平面PDAQ ,可得PQ ⊥DC.在直角梯形PDAQ 中可得DQ=PQ=2PD ,则PQ ⊥QD. 所以PQ ⊥平面DCQ.(2)设AB=a.由题设知AQ 为棱锥Q-ABCD 的高,所以棱锥Q-ABCD 的体积V 1=13a 3.由(1)知PQ 为棱锥P-DCQ 的高,而,△DCQ 的面积为2a 2, 所以棱锥P-DCQ 的体积V 2=13a 3.故棱锥Q-ABCD 的体积与棱锥P-DCQ 的体积的比值为1.22、解:如图,设所截等腰三角形的底边边长为xcm .在Rt EOF 中, 15,2EF cm OF xcm ==, 3分所以EO = 6分于是13V x = 10分 依题意函数的定义域为{|010}x x << 14分。
必修2立体几何测试题(有答案)

高一数学立体几何(必修2)期末复习试卷一、选择题1、线段AB 在平面α内,则直线AB 与平面α的位置关系是 ( )A 、AB α⊂ B 、AB α⊄C 、由线段AB 的长短而定D 、以上都不对2、下列说法正确的是A 、三点确定一个平面B 、四边形一定是平面图形C 、梯形一定是平面图形D 、平面α和平面β有不同在一条直线上的三个交点 3、垂直于同一条直线的两条直线一定 ( )A 、平行B 、相交C 、异面D 、以上都有可能 4、在正方体1111ABCD A B C D -中,下列几种说法正确的是 ( )A 、11AC AD ⊥B 、11DC AB ⊥ C 、1AC 与DC 成45 角D 、11AC 与1B C 成60角5、若直线l ∥平面α,直线a α⊂,则l 与a 的位置关系是 ( )A 、 l ∥αB 、l 与a 异面C 、l 与a 相交D 、l 与a 没有公共点 6、下列命题中:(1)、平行于同一直线的两个平面平行;(2)、平行于同一平面的两个平面平行;(3)、垂直于同一直线的两直线平行;(4)、垂直于同一平面的两直线平行.其中正确的个数有 ( ) A 、1 B 、2 C 、3 D 、47、a ,b ,c 表示直线,M 表示平面,给出下列四个命题:①若a ∥M ,b ∥M ,则a ∥b ;②若b ⊂M ,a ∥b ,则a ∥M ;③若a ⊥c ,b ⊥c ,则a ∥b ;④若a ⊥M ,b ⊥M ,则a ∥b .其中正确命题的个数有( ) A 、0个 B 、1个 C 、2个 D 、3个8.正方体ABCD —A 1B 1C 1D 1中,P 在侧面BCC 1B 1及其边界上运动,且总保持AP ⊥BD 1 ,则动点P 的轨迹是( )A 、线段B 1C B 、 BB 1中点与CC 1中点连成的线段 C 、线段BC 1D 、 BC 中点与B 1C 1中点连成的线段二、填空题9、直线AB 、AD ⊂α,直线CB 、CD ⊂β,点E ∈AB ,点F ∈BC ,点G ∈CD ,点H ∈DA ,若直线EH∩直线FG=M ,则点M 在 上10、已知△ABC 中,A ∈α,BC ∥α,BC=6,∠BAC=90︒,AB 、AC 与平面α分别成30︒、45︒的角.则BC 到平面α的距离为三、解答题11、已知平面α∥β,直线AB β⊄,且直线AB ∥α,求证:AB ∥β12、已知正方体1111ABCD A B C D -,O 是底ABCD 对角线的交点.求证:(1)C 1O ∥面11AB D ; (2 )1AC ⊥面11AB D .D 1ODB AC 1B 1A 1CBACBANM CBAC 1B 1A 113、已知矩形ABCD 所在平面外一点P ,PA ⊥平面ABCD ,E 、F 分别是 AB 、PC 的中点. (1) 求证:EF ∥平面PAD ; (2) 求证:EF ⊥CD ;15、如图,在矩形ABCD 中,AB=33,BC=3,沿对角线BD 将BCD 折起,使点C 移到点C ’,且C ’在平面ABD的射影O 恰好在AB 上。
(必考题)高中数学必修二第一章《立体几何初步》测试题(有答案解析)

一、选择题1.正三棱锥(底面为正三角形,顶点在底面的射影为底面中心的棱锥)的三视图如图所示,俯视图是正三角形,O 是其中心,则正视图(等腰三角形)的腰长等于( )A 5B .2C 3D 22.已知正方体1111ABCD A B C D -,E 、F 分别是正方形1111D C B A 和11ADD A 的中心,则EF 和BD 所成的角的大小是( ) A .30B .45C .60D .903.设1l 、2l 、3l 是三条不同的直线,α、β、γ是三个不同的平面,则下列命题是真命题的是( )A .若1//l α,2//l α,则12l l //B .若1l α⊥,2l α⊥,则12l l ⊥C .若12//l l ,1l α⊂,2l β⊂,3l αβ⋂=,则13//l lD .若αβ⊥,1l αγ=,2l βγ⋂=,则12l l //4.已知正三棱柱111ABC A B C -,底面正三角形ABC 的边长为2,侧棱1AA 长为2,则点1B 到平面1A BC 的距离为( ) A .2217B .22121C .77D .7215.如图,在正四棱锥P ABCD -中,设直线PB 与直线DC 、平面ABCD 所成的角分别为α、β,二面角P CD B --的大小为γ,则( )A .,αβγβ>>B .,αβγβ><C .,αβγβ<>D .,αβγβ<<6.在我国古代,将四个角都是直角三角形的四面体称为“鳖臑”.在“鳖臑”ABCD 中,AB ⊥平面BCD ,BD CD ⊥且AB BD CD ==,若该四面体的体积为43,则该四面体外接球的表面积为( )A .8πB .12πC .14πD .16π7.如图,圆锥的母线长为4,点M 为母线AB 的中点,从点M 处拉一条绳子,绕圆锥的侧面转一周达到B 点,这条绳子的长度最短值为25,则此圆锥的表面积为( )A .4πB .5πC .6πD .8π8.某几何体的三视图如图所示(单位:cm ),则该几何体的体积(单位:3cm )是( )A .24B .30C .47D .679.《九章算术》是古代中国乃至东方的第一步自成体系的数学专著,书中记载了一种名为“刍甍”的五面体(如图),其中四边形ABCD 为矩形,//EF AB ,若3AB EF =,ADE 和BCF △都是正三角形,且2AD EF =,则异面直线AE 与CF 所成角的大小为( )A .6π B .4π C .3π D .2π 10.某三棱锥的三视图如图所示, 则该三棱锥的体积为( )A .16B .13C .23D .211.某三棱锥的三视图如图所示,已知网格纸上小正方形的边长为1,则该三棱锥的体积为( )A .43 B .83C .3D .412.αβ是两个不重合的平面,在下列条件中,可判定平面α与β平行的是( )A .m 、n 是α内的两条直线,且//m β,βn//B .α、β都垂直于平面γC .α内不共线三点到β的距离相D .m 、n 是两条异面直线,m α⊂,n β⊂,且//m β,//n α二、填空题13.在正三棱锥O ABC -中,已知45AOB ∠=︒,记α为二面角--A OB C 的大小,cos =m n αm ,n 为整数,则以||n ,||m ,||m n +分别为长、宽、高的长方体的外接球直径为__________.14.如图在菱形ABCD 中,2AB =,60A ∠=,E 为AB 中点,将AED 沿DE 折起使二面角A ED C '--的大小为90,则空间A '、C 两点的距离为________;15.在三棱锥P ABC -中,P 在底面ABC 的射影为ABC 的重心,点M 为棱PA 的中点,记二面角P BC M --的平面角为α,则tan α的最大值为___________.16.如图,已知四棱锥S ABCD -的底面为等腰梯形,//AB CD ,1AD DC BC ===,2AB SA ==,且SA ⊥平面ABCD ,则四棱锥S ABCD -外接球的体积为______.17.在三棱锥D ABC -中,AD ⊥平面ABC ,3AC =,17BC =1cos 3BAC ∠=,若三棱锥D ABC -27,则此三棱锥的外接球的表面积为______18.已知ABC 是等腰直角三角形,斜边2AB =,P 是平面ABC 外的一点,且满足PA PB PC ==,120APB ∠=︒,则三棱锥P ABC -外接球的表面积为________.19.已知点O 为圆锥PO 底面的圆心,圆锥PO 的轴截面为边长为2的等边三角形PAB ,圆锥PO 的外接球的表面积为______.20.在四棱锥P ABCD -中,平面PAD ⊥平面ABCD ,且ABCD 为矩形,π2DPA ∠=,23AD =2AB =,PA PD =,则四棱锥P ABCD -的外接球的体积为________.三、解答题21.如图,四棱锥P ABCD -的底面为正方形,PA ⊥底面ABCD ,E ,F ,H 分别为AB ,PC ,BC 的中点.(1)求证:DE ⊥平面PAH ;(2)若2PA AD ==,求直线PD 与平面PAH 所成线面角的正弦值. 22.在棱长为2的正方体1111ABCD A B C D -中,O 是底面ABCD 的中心.(1)求证:1B O//平面11DA C ; (2)求点O 到平面11DA C 的距离.23.如图,在四棱锥P ABCD -中,底面ABCD 是边长为1的正方形,PA ⊥底面ABCD ,PA AB =,点M 是棱PD 的中点.(1)求证://PB 平面ACM ; (2)求三棱锥P ACM -的体积.24.在四棱锥P ABCD -中,四边形ABCD 为正方形,平面PAB ⊥平面,ABCD PAB 为等腰直角三角形,,2PA PB AB ⊥=.(1)求证:平面PBC ⊥平面PAC ;(2)设E 为CD 的中点,求点E 到平面PBC 的距离.25.如图,四棱锥E ABCD -中,底面ABCD 是边长为2的正方形,平面AEB ⊥平面ABCD ,4EBA π∠=,2EB =,F 为CE 上的点,BF CE ⊥.(1)求证:BF ⊥平面ACE ; (2)求点D 到平面ACE 的距离.26.我市论语广场准备设置一些多面体形或球形的石凳供市民休息,如图(1)的多面体石凳是由图(2)的正方体石块截去八个相同的四面体得到,且该石凳的体积是3160dm 3.(Ⅰ)求正方体石块的棱长;(Ⅱ)若将图(2)的正方体石块打磨成一个球形的石凳,求此球形石凳的最大体积.【参考答案】***试卷处理标记,请不要删除一、选择题 1.B【分析】可得原几何体如图所示正三棱锥A BCD -,取BD 中点E ,连接,AE CE ,设底面边长为2x ,表示出2522x AO OE -===,1333xOE CE ==,即可求出x ,进而求出腰长. 【详解】根据三视图可得原几何体如图所示正三棱锥A BCD -,取BD 中点E ,连接,AE CE ,则底面中心O 在CE 上,连接AO ,可得AO ⊥平面ABC ,由三视图可知5AB AC AD ===,45AEC ∠=, 设底面边长为2x ,则DE x =,则25AE x =-,则在等腰直角三角形AOE 中,2522x AO OE -===, O 是底面中心,则133xOE CE ==, 则2532x x-=,解得3x =, 则1AO =,底面边长为23, 则正视图(等腰三角形)的腰长为()22312+=.故选:B.【点睛】本题考查根据三视图计算原几何体的相关量,解题的关键是根据正三棱锥中的关系求出底面边长.2.C【分析】作出图形,连接1AD 、11B D 、1AB ,推导出1//EF AB ,11//BD B D ,可得出异面直线EF 和BD 所成的角为11AB D ∠,分析11AB D 的形状,即可得出结果. 【详解】如下图所示,连接1AD 、11B D 、1AB ,设正方体1111ABCD A B C D -的棱长为1,则11112AD AB B D ===, 所以,11AB D 为等边三角形,则1160AB D ∠=,因为E 、F 分别是正方形1111D C B A 和11ADD A 的中心,则E 、F 分别是11B D 、1AD 的中点,所以,1//EF AB ,在正方体1111ABCD A B C D -中,11//BB DD 且11BB DD =, 所以,四边形11BB D D 为平行四边形,则11//BD B D , 所以,异面直线EF 和BD 所成的角为1160AB D ∠=. 故选:C. 【点睛】思路点睛:平移线段法是求异面直线所成角的常用方法,其基本思路是通过平移直线,把异面直线的问题化归为共面直线问题来解决,具体步骤如下: (1)平移:平移异面直线中的一条或两条,作出异面直线所成的角; (2)认定:证明作出的角就是所求异面直线所成的角; (3)计算:求该角的值,常利用解三角形; (4)取舍:由异面直线所成的角的取值范围是0,2π⎛⎤⎥⎝⎦,当所作的角为钝角时,应取它的补角作为两条异面直线所成的角.3.C解析:C 【分析】利用已知条件判断1l 与2l 的位置关系,可判断AD 选项的正误;利用线面垂直的性质定理可判断B 选项的正误;利用线面平行的性质定理可判断C 选项的正误. 【详解】对于A 选项,若1//l α,2//l α,则1l 与2l 平行、相交或异面,A 选项错误; 对于B 选项,若1l α⊥,2l α⊥,由线面垂直的性质定理可得12//l l ,B 选项错误; 对于C 选项,12//l l ,1l α⊂,2l β⊂,α、β不重合,则1l β⊄,1//l β∴,1l α⊂,3l αβ⋂=,13//l l ∴,C 选项正确;对于D 选项,若αβ⊥,1l αγ=,2l βγ⋂=,则1l 与2l 相交或平行,D 选项错误.故选:C. 【点睛】方法点睛:对于空间线面位置关系的组合判断题,解决的方法是“推理论证加反例推断”,即正确的结论需要根据空间线面位置关系的相关定理进行证明,错误的结论需要通过举出反例说明其错误,在解题中可以以常见的空间几何体(如正方体、正四面体等)为模型进行推理或者反驳.4.A解析:A 【分析】根据题意,将点1B 到平面1A BC 的距离转化为点A 到平面1A BC 的距离,然后再利用等体积法11A A BC A ABC V V --=代入求解点A 到平面1A BC 的距离. 【详解】已知正三棱柱111ABC A B C -,底面正三角形ABC 的边长为2,侧棱1AA 长为2,所以可得11==A B AC 1A BC 为等腰三角形,所以1A BC ,由对称性可知,111--=B A BC A A BC V V ,所以点1B 到平面1A BC 的距离等于点A 到平面1A BC 的距离,所以11A A BC A ABC V V --=,又因为1122=⨯=A BC S △122ABCS =⨯=111233⨯⨯=⨯⨯A BC ABC S h S △△,即7h == 故选:A.【点睛】一般关于点到面的距离的计算,一是可以考虑通过空间向量的方法,写出点的坐标,计算平面的法向量,然后代入数量积的夹角公式计算即可,二是可以通过等体积法,通过换底换高代入利用体积相等计算.5.A解析:A【分析】连接AC 、BD 交于O ,连PO ,取CD 的中点E ,连,OE PE ,根据正棱锥的性质可知,PCE α∠=,PCO β∠=,PEO γ∠=,再比较三个角的正弦值可得结果.【详解】连接AC 、BD 交于O ,连PO ,取CD 的中点E ,连,OE PE ,如图:因为//AB CD ,所以PBA α∠=,又因为四棱锥P ABCD -为正四棱锥,所以PCE α∠=,由正四棱锥的性质可知,PO ⊥平面ABCD ,所以PCO β∠=,易得OE CD ⊥,PE CD ⊥,所以PEO γ∠=, 因为sin PE PC α=,sin PO PCβ=,且PE PO >,所以sin sin αβ>,又,αβ都是锐角,所以αβ>,因为sin PO PE γ=,sin PO PCβ=,且PC PE >,所以sin sin γβ>,因为,βγ都是锐角,所以γβ>. 故选:A【点睛】关键点点睛:根据正棱锥的性质,利用异面直线所成角、直线与平面所成角、二面角的平面角的定义得到这三个角是解题关键,属于中档题.6.B解析:B【分析】由题意计算2,AB BD CD ===分析该几何体可以扩充为长方体,所以只用求长方体的外接球即可.【详解】因为AB ⊥平面BCD ,BD CD ⊥且AB BD CD ==, 43A BCD V -=, 而114323A BCD V BD CD AB -=⨯⨯⨯=,所以2AB BD CD ===, 所以该几何体可以扩充为正方体方体,所以只用求正方体的外接球即可.设外接球的半径为R ,则23R =所以外接球的表面积为2412S R ππ==故选:B【点睛】多面体的外接球问题解题关键是找球心和半径,求半径的方法有:(1)公式法;(2) 多面体几何性质法;(3)补形法;(4)寻求轴截面圆半径法;(5)确定球心位置法.7.B解析:B【分析】根据圆锥侧面展开图是一个扇形,且线段25MB =.【详解】设底面圆半径为r ,由母线长4l ,可知侧面展开图扇形的圆心角为22r r l ππα==, 将圆锥侧面展开成一个扇形,从点M 拉一绳子围绕圆锥侧面转到点B ,最短距离为BM ; 如图,在ABM 中,25,2,4MB AM AB ===,所以222AM AB MB +=,所以2MAB π∠=, 故22rππα==,解得1r =,所以圆锥的表面积为25S rl r πππ=+=,故选:B【点睛】关键点点睛:首先圆锥的侧面展开图为扇形,其圆心角为2r lπα=,其次从点M 拉一绳子围绕圆锥侧面转到点B ,绳子的最短距离即为展开图中线段MB 的长,解三角即可求解底面圆半径r ,利用圆锥表面积公式求解.8.D解析:D【分析】先找到几何体的原图,再求出几何体的高,再求几何体的体积得解.【详解】由三视图可知几何体为图中的四棱锥1P CDD E -, 由题得22437AD =-=,所以几何体的高为7.所以几何体的体积为11(24)676732⋅+⋅⋅=. 故选:D【点睛】方法点睛:通过三视图找几何体原图常用的方法有:(1)直接法;(2)拼凑法;(3)模型法.本题利用的就是模型法.要根据已知条件灵活选择方法求解. 9.D解析:D【分析】过点F 作//FG AE 交AB 于点G ,连接CG ,则异面直线AE 与CF 所成角为CFG ∠或其补角,然后在CFG △中求解.【详解】如下图所示,在平面ABFE 中,过点F 作//FG AE 交AB 于点G ,连接CG , 则异面直线AE 与CF 所成角为CFG ∠或其补角,设1EF =,则3AB =,2BC CF AE ===,因为//EF AB ,//FG AE ,所以,四边形AEFG 为平行四边形,所以,2FG AE ==,1AG =,2BG =,由于2ABC π∠=,由勾股定理可得2222CG BC BG =+=所以,222CG CF FG =+,则2CFG π∠=.故选:D.【点睛】 思路点睛:平移线段法是求异面直线所成角的常用方法,其基本思路是通过平移直线,把异面直线的问题化归为共面直线问题来解决,具体步骤如下:(1)平移:平移异面直线中的一条或两条,作出异面直线所成的角;(2)认定:证明作出的角就是所求异面直线所成的角;(3)计算:求该角的值,常利用解三角形;(4)取舍:由异面直线所成的角的取值范围是0,2π⎛⎤ ⎥⎝⎦,当所作的角为钝角时,应取它的补角作为两条异面直线所成的角.10.C解析:C【分析】根据题中所给的几何体的三视图还原几何体,得到相应的三棱锥,之后利用椎体体积公式求得结果.【详解】根据题中所给的几何体的三视图还原几何体如图所示:该三棱锥满足底面BCD△是等腰三角形,且底边和底边上的高线都是2;且侧棱AD⊥底面BCD,1AD=,所以112 =221=323V⨯⨯⨯⨯,故选:C.【点睛】方法点睛:该题考查的是有关根据所给几何体三视图求几何体体积的问题,解题方法如下:(1)应注意把握三个视图的尺寸关系:主视图与俯视图长应对正(简称长对正),主视图与左视图高度保持平齐(简称高平齐),左视图与俯视图宽度应相等(简称宽相等),若不按顺序放置和不全时,则应注意三个视图名称;(2)根据三视图还原几何体;(3)利用椎体体积公式求解即可.11.A解析:A【分析】首先由三视图还原几何体,然后由几何体的空间结构特征求解三棱锥的体积即可.【详解】由三视图可知,在棱长为2的正方体中,其对应的几何体为棱锥P ABC-,该棱锥的体积:11142223323V Sh ⎛⎫==⨯⨯⨯⨯= ⎪⎝⎭. 故选:A.【点睛】 方法点睛:(1)求解以三视图为载体的空间几何体的体积的关键是由三视图确定直观图的形状以及直观图中线面的位置关系和数量关系,利用相应体积公式求解;(2)若所给几何体的体积不能直接利用公式得出,则常用等积法、分割法、补形法等方法进行求解. 12.D解析:D【分析】取a αβ⋂=,且//m a ,//n a ,利用线面平行的判定定理可判断A 选项;根据αγ⊥,βγ⊥判断平面α与β的位置关系,可判断B 选项;设AB 、AC 的中点D 、E 在平面β内,记平面ABC 为平面α,判断出A 、B 、C 三点到平面β的距离相等,可判断C 选项;过直线n 作平面γ,使得a αγ⋂=,利用线面平行、面面平行的判定定理可判断D 选项.【详解】对于A 选项,若a αβ⋂=,且//m a ,//n a ,m β⊄,n β⊄,则//m β,βn//,但α与β相交;对于B 选项,若αγ⊥,βγ⊥,则α与β平行或相交;对于C 选项,设AB 、AC 的中点D 、E 在平面β内,记平面ABC 为平面α,如下图所示:D 、E 分别为AB 、AC 的中点,则//DE BC ,DE β⊂,BC β⊄,//BC β∴,所以,点B 、C 到平面β的距离相等,由于D 为AB 的中点,则点A 、B 到平面β的距离相等,所以,点A 、B 、C 三点到平面β的距离相等,但平面α与平面β相交;对于D 选项,如下图所示:由于//n α,过直线n 作平面γ,使得a αγ⋂=,则//a n ,//n a ,a β⊄,n β⊂,//a β∴,//m β,m a A =,m α⊂,a α⊂,//αβ∴.故选:D.【点睛】方法点睛:证明或判断两个平面平行的方法有:①用定义,此类题目常用反证法来完成证明;②用判定定理或推论(即“线线平行”⇒“面面平行”),通过线面平行来完成证明; ③根据“垂直于同一条直线的两个平面平行”这一性质进行证明;④借助“传递性”来完成.二、填空题13.【分析】过作垂足为连接则为二面角的平面角即在中利用余弦定理结合为整数求出的值进而可得外接球直径【详解】如图过作垂足为连接则为二面角的平面角即不妨设因为所以所以所以在中因为为整数所以则设以为长宽高的长 解析:6【分析】过A 作AH OB ⊥,垂足为H ,连接CH ,则AHC ∠为二面角--A OB C 的平面角,即∠=AHC α,在AHC 中,利用余弦定理结合m ,n 为整数,求出m ,n 的值,进而可得外接球直径.【详解】如图,过A 作AH OB ⊥,垂足为H ,连接CH ,则AHC ∠为二面角--A OB C 的平面角,即∠=AHC α.不妨设2OC a =,因为45AOB ∠=︒,所以===CH a AH OH , 所以21)=HB a ,所以22222(422)=+=-=BC HB HC a AC .在AHC 中,222cos 2+-==⋅⋅HA HC AC HA HC α2222(422)212+--==a a a m n a因为m ,n 为整数,所以1m =-,2n =,则||1m =,||2n =,||1m n +=. 设以||m ,||n ,||m n +为长、宽、高的长方体的外接球半径为R ,则2222(2)||||||6=+++=R m n m n 6.6【点睛】关键点点睛:本题考查二面角的应用,考查几何体的外接球,考查解三角形,解决本题的关键点是利用定义法找出二面角的平面角,在AHC 中,利用余弦定理结合已知条件求出m ,n 的值,考查学生空间想象能力,考查计算能力,属于中档题.14.【分析】由二面角的大小为可得平面平面得到平面由勾股定理可得答案【详解】连接所以是等边三角形所以因为为中点所以所以即所以因为平面平面平面平面所以平面平面所以所以故答案为:【点睛】对于翻折问题解题时要认 解析:22【分析】由二面角A ED C '--的大小为90,可得平面A ED '⊥平面EDCB ,得到A E '⊥平面EDCB ,由勾股定理可得答案.【详解】连接DB CE 、,2AB AD ==,60A ∠=,所以ABD △、CBD 是等边三角形, 所以2AD BD CD ===,因为E 为AB 中点,1AE A E '==,所以DE AB ⊥,DE A E ⊥',3DE =, 30EDB ∠=,所以90EDC ∠=,即DE CD ⊥,所以222347EC ED CD =+=+=,因为平面A ED '⊥平面EDCB ,DE A E ⊥',平面A ED '平面EDCB DE =, 所以A E '⊥平面EDCB ,EC ⊂平面EDCB ,所以A E EC '⊥, 所以221722A C A E EC ''=+=+=.故答案为:22.【点睛】对于翻折问题,解题时要认真分析图形,确定有关元素间的关系及翻折前后哪些量变了,哪些量没有变,根据线线、线面、面面关系正确作出判断,考查了学生的空间想象力.. 15.【分析】取中点为过分别作底面的垂线根据题中条件得到;过分别作的垂线连接由二面角的定义结合线面垂直的判定定理及性质得到为二面角的平面角;为二面角的平面角得出令进而可求出最值【详解】取中点为过分别作底面解析:34【分析】取BC 中点为E ,过P 、M 分别作底面的垂线PO 、MN ,根据题中条件,得到AN NO OE ==,2PO MN =;过O 、N 分别作BC 的垂线OG 、NH ,连接MH ,PG ,由二面角的定义,结合线面垂直的判定定理及性质,得到MHN ∠为二面角M BC A --的平面角;PGO ∠为二面角A BC P --的平面角,得出tan 4tan PGO MHN ∠=∠,()23tan tan tan 14tan MHN PGO MHN MHNα∠=∠-∠=+∠,令tan 0x MHN =∠>,进而可求出最值.【详解】取BC 中点为E ,过P 、M 分别作底面的垂线PO 、MN , 则O 为ABC 的重心,MN ⊥平面ABC ;PO ⊥平面ABC ; 由于点M 为棱PA 的中点,所以有AN NO OE ==,2PO MN =; 过O 、N 分别作BC 的垂线OG 、NH ,连接MH ,PG , 因为BC ⊂平面ABC ,所以MN BC ⊥,同理PO BC ⊥; 又MN NH N ⋂=,MN ⊂平面MNH ,NH ⊂平面MNH , 所以BC ⊥平面MNH ;因为MH ⊂平面MNH ,所以BC MH ⊥, 所以MHN ∠为二面角M BC A --的平面角;同理BC PG ⊥,所以PGO ∠为二面角A BC P --的平面角, 所以tan PO PGO OG ∠=,tan MN MHN HN∠=, 因为NO OE =,//OG NH ,所以12OG NH =; 因此2tan 4tan 12PO MN PGO MHN OG HN ∠===∠, 所以()2tan tan 3tan tan tan 1tan tan 14tan PGO MHN MHN PGO MHN PGO MHN MHN α∠-∠∠=∠-∠==+∠⋅∠+∠, 令tan 0x MHN =∠>,则2333tan 1444x x x x α=≤=+, 当且仅当214x =,即12x =时,等号成立. 故答案为:34. 【点睛】关键点点睛:求解本题的关键在于确定二面角MBC A --、A BC P --以及P BC M --三者之间的关系,由题中条件得出二面角A BC P --是二面角M BC A --的4倍,进而可求得结果.16.【分析】取AB 中点连接根据平行四边形性质可得为等腰梯形ABCD 的外心取SB 中点O 连接则可得O 是四棱锥的外接球球心在中求得r=OA 即可求得体积【详解】取AB 中点连接则所以四边形为平行四边形所以同理所以 解析:823π【分析】取AB 中点1O ,连接11,O C O D ,根据平行四边形性质,可得1O 为等腰梯形ABCD 的外心,取SB 中点O ,连接1,,,OA OC OD OO ,则可得O 是四棱锥S ABCD -的外接球球心,在Rt SAB 中,求得r=OA ,即可求得体积. 【详解】取AB 中点1O ,连接11,O C O D ,则1//CD O A , 所以四边形1ADCO 为平行四边形, 所以1=1CO ,同理1=1O D ,所以1111=O A O B O C O D ==,即1O 为等腰梯形ABCD 的外心, 取SB 中点O ,连接1,,,OA OC OD OO ,则1//OO SA ,因为SA ⊥平面ABCD ,所以1OO ⊥平面ABCD ,又2AB SA ==, 所以=OA OB OC OD ==,又SA AB ⊥,所以OA OS =,即O 是四棱锥S ABCD -的外接球球心, 在Rt SAB 中,2AB SA ==, 所以122OA SB == 所以34822)33V ππ=⨯=, 故答案为:823π. 【点睛】解决外接球的问题时,难点在于找到球心,可求得两个相交平面的外接圆圆心,自圆心做面的垂线,垂线交点即为球心,考查空间想象,数学运算的能力,属中档题.17.【分析】设出外接球的半径球心的外心半径r 连接过作的平行线交于连接如图所示在中运用正弦定理求得的外接圆的半径r 再利用的关系求得外接球的半径运用球的表面积公式可得答案【详解】设三棱锥外接球的半径为球心为 解析:20π【分析】设出外接球的半径R 、球心O ,ABC 的外心1O 、半径 r , 连接1AO ,过O 作的平行线OE 交AD 于 E ,连接OA ,OD ,如图所示,在ABC 中,运用正弦定理求得 ABC的外接圆的半径r ,再利用1,,R r OO 的关系求得外接球的半径,运用球的表面积公式可得答案. 【详解】设三棱锥外接球的半径为R 、球心为O ,ABC 的外心为1O 、外接圆的半径为r ,连接1AO ,过O 作平行线OE 交AD 于E ,连接OA ,OD ,如图所示,则OA OD R ==,1O A r =,OE AD ⊥,所以E 为AD 的中点.在ABC中,由正弦定理得2sin BC r BAC ==∠r =. 在ABC 中,由余弦定理2222cos BC AB AC AB AC BAC =+-⋅⋅∠,可得2117963AB AB =+-⋅⋅,得4AB =.所以11sin 34223ABC S AB AC BAC =⋅⋅∠=⨯⨯⨯=△因为11333D ABC ABC V S AD AD -=⋅⋅=⨯=△,所以4AD =.连接1OO ,又1//OO AD ,所以四边形1EAO O 为平行四边形,1128EA OO AD ===,所以R ===所以该三棱锥的外接球的表面积224π4π20πS R ===.故答案为:20π.【点睛】本题考查三棱锥的外接球,及球的表面积计算公式,解决问题的关键在于利用线面关系求得外接球的球心和球半径,属于中档题.18.【分析】在平面的投影为的外心即中点设球半径为则解得答案【详解】故在平面的投影为的外心即中点故球心在直线上设球半径为则解得故故答案为:【点睛】本题考查了三棱锥的外接球问题意在考查学生的计算能力和空间想 解析:163π【分析】P 在平面ABC 的投影为ABC 的外心,即AB 中点1O ,设球半径为R ,则()22211R CO R PO =+-,解得答案.【详解】PA PB PC ==,故P 在平面ABC 的投影为ABC 的外心,即AB 中点1O ,故球心O 在直线1PO 上,1112CO AB ==,1133PO ==, 设球半径为R ,则()22211R CO R PO =+-,解得23R =21643S R ππ==. 故答案为:163π.【点睛】本题考查了三棱锥的外接球问题,意在考查学生的计算能力和空间想象能力.19.【分析】由题意知圆锥的轴截面为外接球的最大截面即过球心的截面且球心在上由等边三角形性质有即求得外接球的半径为R 进而求外接球的表面积【详解】设外接球球心为连接设外接球的半径为R 依题意可得在中有即解得故 解析:163π【分析】由题意知圆锥PO 的轴截面为外接球的最大截面,即过球心的截面且球心在PO 上,由等边三角形性质有Rt AO O '△,即222O A AO O O ''=+求得外接球的半径为R ,进而求外接球的表面积. 【详解】设外接球球心为O ',连接AO ',设外接球的半径为R ,依题意可得1AO =,3PO =,在Rt AO O '△中,有222O A AO O O ''=+,即)22213R R =+,解得3R =, 故外接球的表面积为24164433S R πππ==⋅=.故答案为:163π. 【点睛】本题考查了求圆锥体的外接球面积,由截面是等边三角形,结合等边三角形的性质求球半径,进而求外接球面积,属于基础题.20.【分析】由矩形的边长可得底面外接圆的半径再由为等腰直角三角形可得其外接圆的半径又平面平面可得底面外接圆的圆心即为外接球的球心由题意可得外接球的半径进而求出外接球的体积【详解】解:取矩形的对角线的交点 解析:323π【分析】由矩形的边长可得底面外接圆的半径,再由PAD △为等腰直角三角形可得其外接圆的半径,又平面PAD ⊥平面ABCD 可得底面外接圆的圆心即为外接球的球心,由题意可得外接球的半径,进而求出外接球的体积. 【详解】解:取矩形的对角线的交点O 和AD 的中点E ,连接OE ,OP ,OE , 则O 为矩形ABCD 的外接圆的圆心,而2DPA π∠=,23AD =,2AB =,PA PD =,则//OE AB ,112OE AB ==, 132PE AD ==, 所以E 为PAD △的外接圆的圆心,因为平面PAD ⊥平面ABCD , 所以O 为外接球的球心,OP 为外接球的半径,在POE △中,222222(3)14R OP PE OE ==+=+=,所以2R =, 所以外接球的体积343233V R ππ==, 故答案为:323π.【点睛】本题考查四棱锥的棱长与外接球的半径的关系及球的体积公式,属于中档题.三、解答题21.(1)证明见解析;(2)105. 【分析】(1)由PA ⊥底面ABCD ,得PA DE ⊥,由Rt ABH Rt DAE ≌△△,得DE AH ⊥,可得答案.(2)由可知DE ⊥平面PAH ,连接PG ,则DPG ∠即为直线PD 与平面PAH 所成线面角,在Rt PDG △中,由sin DPG ∠可得答案. 【详解】(1)因为PA ⊥底面ABCD ,DE ⊂底面ABCD ,所以PA DE ⊥,因为E ,H 分别为正方形ABCD 的边AB ,BC 的中点,,,AB DA BH AE HBAEAD ,所以Rt ABH Rt DAE ≌△△,所以BAH ADE ∠=∠,由90AED ADE ∠+∠= 所以90BAH AED ∠+∠=,所以DE AH ⊥, 因为PA ⊂平面PAH ,AH ⊂平面PAH ,PA AH A ⋂=,所以DE ⊥平面PAH .(2)由(1)可知DE ⊥平面PAH ,设AH DE G ⋂=,如图,连接PG ,则DPG ∠即为直线PD 与平面PAH 所成线面角, 因为2PA AD ==,所以22PD =,5DE =, 在Rt DAE 中,由于AG DE ⊥,所以2AD DG DE =⋅, 所以45DG =⋅,所以5DG =, 所以在Rt PDG △中,105sin 522DG DPG PD ∠===,即直线PD 与平面PAH 所成线面角的正弦值为105.【点睛】本题主要考查线面垂直的证明、线面角的求法,对于线面角的求法的步骤,作:作(或找)出斜线在平面上的射影,证:证明某平面角就是斜线与平面所成的角;算:通常在垂线段、斜线段和射影所组成的直角三角形中计算. 22.(1)证明见解析;(2)23. 【分析】(1)连接11B D ,设11111B D AC O ⋂=,连接1DO ,证明11B O DO 是平行四边形,再利用线面平行的判定定理即可证明.(2)由题意可得平面11DA C ⊥平面11B D DB ,过点O 作1OH DO ⊥于H ,在矩形11B D DB 中,连接1OO ,可得1O OD OHD ∽△△,由三角形相似,对应边成比例即可求解. 【详解】(1)证明:连接11B D ,设11111B D AC O ⋂=,连接1DO .11//O B DO 且11O B DO =, 11B O DO ∴是平行四边形.11//B O DO ∴.又1DO ⊂平面11DA C ,1B O ⊂/平面11DA C ,1//B O ∴平面11DA C .(2)1111A C B D ⊥,111AC BB ⊥,且1111BB B D B ⋂=,11A C ∴⊥平面11B D DB .∴平面11DA C ⊥平面11B D DB ,且交线为1DO .在平面11B D DB 内,过点O 作1OH DO ⊥于H ,则OH ⊥平面11DA C , 即OH 的长就是点O 到平面11DA C 的距离.在矩形11B D DB 中,连接1OO ,1O OD OHD ∽△△,则11O D ODO O OH=, 22236OH ⨯∴==即点O 到平面11DA C 的距离为233. 【点睛】关键点点睛:本题考查了线面平行的判定定理,点到面的距离,解题的关键是过点O 作1OH DO ⊥于H ,得出OH 的长就是点O 到平面11DA C 的距离,考查了计算能力.23.(1)证明见解析;(2)23. 【分析】(1)连接BD 交AC 于点O ,由中位线定理得//OM PB ,从而得证线面平行; (2)由M 是PD 中点,得12M ACD P ACD V V --=,求出三棱锥P ACD -的体积后可得. 【详解】(1)如图,连接BD 交AC 于点O ,连接OM ,则O 是BD 中点,又M 是PD 中点, ∴//OM PB ,又PB ⊄平面ACM ,OM ⊂平面ACM , 所以//PB 平面ACM ; (2)由已知12222ACDS=⨯⨯=,11422333P ACD ACD V S PA -=⋅=⨯⨯=△,又M 是PD 中点,所以1223M ACD P ACD V V --==, 所以23P ACM P ACD M ACD V V V ---=-=.【点睛】思路点睛:本题考查证明线面平行,求三棱锥的体积.求三棱锥的体积除掌握体积公式外,还需要注意割补法,不易求体积的三棱锥(或一个不规则的几何体)的体积可通过几个规则的几何体(柱、锥、台等)的体积加减求得.三棱锥的体积还可通过转化顶点,转移底面利用等体积法转化为求其他三棱锥的体积,从而得出结论. 24.(1)证明见解析;(2)22. 【分析】(1)利用面面垂直的性质先证明出BC ⊥面PAB ,得到PA BC ⊥,再由PA PB ⊥,结合线面垂直的判定定理可知PA ⊥面PBC ,又PA ⊂面PAC ,然后证得平面PBC ⊥平面PAC ;(2)先计算三棱锥P BCE -的体积,然后再计算PBC 的面积,利用等体积法P BCE E PBC V V --=求解.【详解】解:(1)证明:∵面PAB ⊥面ABCD ,且平面PAB ⋂平面ABCD AB =,BC AB ⊥,BC ⊂面ABCD BC ∴⊥面PAB , 又PA ⊂面PAB PA BC ∴⊥又因为由已知PA PB ⊥且PB BC B ⋂=,所以PA ⊥面PBC ,又PA ⊂面PAC ∴面PAC ⊥面PBC .(2)PAB △中,PA PB =,取AB 的中点O ,连PO ,则PO AB ⊥ ∵面PAB ⊥面ABCD 且它们交于,AB PO ⊂面PABPO ∴⊥面ABCD由1133BCEEPBC P BCE PBC BCE PBCSPOV V S h S PO h S--=⇒=⇒=,由已知可求得1PO =,1BCES=,2PBCS=,所以22h =. 所以点E 到平面PBC 的距离为22.【点睛】(1)证明面面垂直的核心为证明线面垂直,要证明线面垂直只需郑敏面外的一条弦和面内的两条相交线垂直即可;(2)点到面的距离求解一般采用等体积法求解,也可采用空间向量法求解. 25.(1)证明见解析;(223【分析】(1)先由面面垂直的性质,得到CB ⊥平面ABE ,推出CB AE ⊥,根据题中条件,得到AE BE ⊥,利用线面垂直的判定定理,得到AE ⊥平面BCE ;得出AE BF ⊥,再次利用线面垂直的判定定理,即可证明结论成立;。
高一数学(必修二)立体几何练习题(含答案)

一.选择题(本大题共12个小题,每小题5分,共60分,在每小题给出的四个选项中只有一个是符合题目要求的) 1、下列命题为真命题的是( )A. 平行于同一平面的两条直线平行;B.与某一平面成等角的两条直线平行;C. 垂直于同一平面的两条直线平行;D.垂直于同一直线的两条直线平行。
2、下列命题中错误的是:( )A. 如果α⊥β,那么α内一定存在直线平行于平面β;B. 如果α⊥β,那么α内所有直线都垂直于平面β;C. 如果平面α不垂直平面β,那么α内一定不存在直线垂直于平面β;D. 如果α⊥γ,β⊥γ,α∩β=l,那么l ⊥γ.3、右图的正方体ABCD-A ’B ’C ’D ’中,异面直线AA ’与BC 所成的角是( ) A. 300 B.450 C. 600 D. 900 4、右图的正方体ABCD- A ’B ’C ’D ’中,二面角D ’-AB-D 的大小是( )A. 300B.450C. 600D. 900 5.在空间中,下列命题正确的是A.若三条直线两两相交,则这三条直线确定一个平面B.若直线m 与平面α内的一条直线平行,则α//mC.若平面βα⊥,且l =βα ,则过α内一点P 与l 垂直的直线垂直于平面βD.若直线a 与直线b 平行,且直线a l ⊥,则b l ⊥6.设平面α∥平面β,A ,C ∈α,B ,D ∈β,直线AB 与CD 交于点S ,且点S 位于平面α,β之间,AS =8,BS =6,CS =12,则SD =( )A .3B .9C .18D .10 7.下图是一个几何体的三视图,根据图中数据,可得该几何体的表面积是( )A .9πB .10πC .11πD .12πA B DA ’B ’D ’ C C ’ABD CE F8. 正方体的内切球和外接球的半径之比为( )A. 3:1B. 3:2C. 3:3D. 2:39.已知△ABC 是边长为a 2的正三角形,那么它的斜二侧所画直观图A B C 的面积为( )A.32a 2 B.34a 2 C.64a 2 D.6a 210.若正方体的棱长为2,则以该正方体各个面的中心为顶点的多面体的体积为( )A.26B.23C.33D.2311. 在空间四边形ABCD 中,AD=BC=2,E 、F 分别是AB 、CD 的中点,EF=2,求AD 与BC 所成角的大小.( )A. 30B. 45C.60οD. 90 12.如图,在多面体ABCDEF 中,已知平面ABCD 是边长为3的正方形,//EF AB ,32EF =,且EF 与平面ABCD 的距离为2,则该多面体的体积为( ) A92B 5C 6D 152二、填空题(共4小题,每小题5分,共20分,把答案填在题中的横线上)13. Rt ABC ∆中,3,4,5AB BC AC ===,将三角形绕直角边AB 旋转一周所成的几何体的体积为.14.一个圆台的母线长为5 cm ,两底面面积分别为4πcm 2 和25π cm 2.则圆台的体积 ________. 15. 三棱锥S-ABC 中SA平面ABC ,AB 丄BC,SA= 2,AB =B C=1,则三棱锥S-ABC 的外接球的表面积等于______.16.如图,在直角梯形ABCD 中,,,BC DC AE DC ⊥⊥M 、N 分别是AD 、BE 的中点,将三角形ADE 沿AE 折起。
高中数学必修二第八章立体几何初步专项训练题(带答案)

高中数学必修二第八章立体几何初步专项训练题单选题1、直角三角形的三边满足a<b<c,分别以a,b,c三边为轴将三角形旋转一周所得旋转体的体积记为V a、V b、V c,则()A.V c<V b<V a B.V a<V b<V c C.V c<V a<V b D.V b<V a<V c答案:A解析:求出V a=b×13abπ,V b=a×13abπ,V c=abc×13abπ,推导出abc<a<b,从而得到V c<V b<V a.∵直角三角形的三边满足a<b<c,分别以a、b、c三边为轴将三角形旋转一周所得旋转体的体积记为V a、V b、V c,∴V a=13×π×b2×a=13πab2=b×13abπ,V b=13×π×a2×b=13πa2b=a×13abπ,该直角三角形斜边上的高ℎ满足12ab=12cℎ,可得ℎ=abc,V c=13×π×(abc)2×c=13π⋅a2b2c=abc×13abπ,∵abc −a=ab−acc<0,abc−b=ab−bcc<0,∴abc<a<b,∴V c<V b<V a,故选:A.小提示:关键点点睛:本题考查旋转体体积的大小比较,解题的关键就是确定旋转体的形状,并据此求出对应的旋转体的体积,结合作差法比较即可.2、如图,“十字歇山”是由两个直三棱柱重叠后的景象,重叠后的底面为正方形,直三棱柱的底面是顶角为120°,腰为3的等腰三角形,则该几何体的体积为()A.23B.24C.26D.27答案:D分析:作出几何体直观图,由题意结合几何体体积公式即可得组合体的体积.该几何体由直三棱柱AFD −BHC 及直三棱柱DGC −AEB 组成,作HM ⊥CB 于M ,如图,因为CH =BH =3,∠CHB =120∘,所以CM =BM =3√32,HM =32, 因为重叠后的底面为正方形,所以AB =BC =3√3,在直棱柱AFD −BHC 中,AB ⊥平面BHC ,则AB ⊥HM ,由AB ∩BC =B 可得HM ⊥平面ADCB ,设重叠后的EG 与FH 交点为I,则V I−BCDA =13×3√3×3√3×32=272,V AFD−BHC =12×3√3×32×3√3=814则该几何体的体积为V =2V AFD−BHC −V I−BCDA =2×814−272=27.故选:D. 3、直三棱柱ABC −A 1B 1C 1中,若∠BAC =90°,AB =AA 1=1,AC =2,E 是棱A 1C 1上的中点,则点A 到平面BCE 的距离是( )A .1B .√23C .√63D .√33答案:C分析:作出草图,根据题意易证A 1C 1⊥平面AA 1BB 1,可得A 1C 1⊥BA 1,再根据勾股定理分别求出A 1B ,BE ,CE,BC的值,再根据V A−BCE=V E−ABC,即可求出点A到平面BCE的距离.如图,在直三棱柱ABC−A1B1C1中,连接BA1,CE,AE,BE,由题知,AA1⊥平面A1B1C1,AA1⊥A1C1,AA1⊥A1B1,又∠CAB=∠C1A1B1=90°,∴B1A1⊥A1C1又AA1∩B1A1=A1,所以A1C1⊥平面AA1BB1,所以A1C1⊥BA1,由于AB=AA1=CC1=1,A1C1=AC=2,E点是棱AC上的中点,根据勾股定理,A1B=√AB2+AA12=√12+12=√2,BE=√A1B2+A1E2=√(√2)2+12=√3 CE=√(C1C)2+(C1E)2=√12+12=√2,BC=√AB2+AC2=√12+22=√5,所以BE2+CE2=BC2,即BE⊥CE.设E到平面ABC的距离为d,则d=1,设点A到平面BCE的距离为ℎ,在四面体A−BCE中,V A−BCE=V E−ABC,V E−ABC=13×S△ABC×d=13×(12×1×2)×1=13V A−BCE=13×S△BCE×ℎ=13×(12×√3×√2)×ℎ=√66ℎ则√66ℎ=13,解得ℎ=√63.故选:C.4、如图1,已知PABC是直角梯形,AB∥PC,AB⊥BC,D在线段PC上,AD⊥PC.将△PAD沿AD折起,使平面PAD⊥平面ABCD,连接PB,PC,设PB的中点为N,如图2.对于图2,下列选项错误的是()A.平面PAB⊥平面PBC B.BC⊥平面PDCC.PD⊥AC D.PB=2AN答案:A分析:由已知利用平面与平面垂直的性质得到PD⊥平面ABCD,判定C正确;进一步得到平面PCD⊥平面ABCD,结合BC⊥CD判定B正确;再证明AB⊥平面PAD,得到△PAB为直角三角形,判定D正确;可证明平面PBC⊥平面PDC,若平面PAB⊥平面PBC,则平面PAB与平面PDC的交线⊥平面PBC,矛盾,可判断A图1中AD⊥PC,则图2中PD⊥AD,又∵平面PAD⊥平面ABCD,平面PAD∩平面ABCD=AD,∴PD⊥平面ABCD,则PD⊥AC,故选项C正确;由PD⊥平面ABCD,PD⊂平面PDC,得平面PDC⊥平面ABCD,而平面PDC∩平面ABCD=CD,BC⊂平面ABCD,BC⊥CD,∴BC⊥平面PDC,故选项B正确;∵AB⊥AD,平面PAD⊥平面ABCD,且平面PAD∩平面ABCD=AD,∴AB⊥平面PAD,则AB⊥PA,即△PAB是以PB为斜边的直角三角形,而N为PB的中点,则PB=2AN,故选项D正确.由于BC⊥平面PDC,又BC⊂平面PBC∴平面PBC⊥平面PDC若平面PAB ⊥平面PBC ,则平面PAB 与平面PDC 的交线⊥平面PBC由于AB//平面PDC ,则平面PAB 与平面PDC 的交线//AB显然AB 不与平面PBC 垂直,故A 错误故选:A5、在《九章算术》中,将四个面都是直角三角形的四面体称为鳖臑,在鳖臑A −BCD 中,AB ⊥平面BCD ,BC ⊥CD ,且AB =BC =CD =4,M 为AD 的中点,则异面直线BM 与CD 夹角的余弦值为( )A .√32B .√34C .√33D .√24答案:C分析:画出图形,取AC 的中点N ,连接MN ,BN ,可得MN //CD ,则所求为∠BMN ,易证△BMN 是直角三角形,则可得BM ,进而求解.如图,取AC 的中点N ,连接MN ,BN ,由题,AB =BC =CD =4,M 为AD 的中点,所以MN //CD ,MN =2,则∠BMN 为所求,由AB ⊥平面BCD ,则AB ⊥CD ,又BC ⊥CD ,AB ∩BC =B ,所以CD ⊥平面ABC ,则MN ⊥平面ABC ,所以△BMN 是直角三角形,即∠MNB =90°,又BM =12AD =12√AB 2+BD 2=2√3,所以cos∠BMN =MN BM =2√3=√33, 故选:C6、若直线a //平面α,A ∉α,且直线a 与点A 位于α的两侧,B ,C ∈a ,AB ,AC 分别交平面α于点E ,F ,若BC =4,CF =5,AF =3,则EF 的长为( )A .3B .32C .34D .23 答案:B分析:根据线面平行可得线线平行,从而可求EF =32. ∵BC //α,BC ⊂平面ABC ,平面ABC ∩α=EF ,∴EF //BC ,∴AF AC =EF BC ,即35+3=EF 4,∴EF =32. 故选:B.7、一个正方体的平面展开图及该正方体的直观图如图所示,在正方体中,设BC 的中点为M ,GH 的中点为N ,下列结论正确的是( )A .MN//平面ABEB .MN//平面ADEC .MN//平面BDHD .MN//平面CDE答案:C解析:根据题意,得到正方体的直观图及其各点的标记字母,取FH的中点O,连接ON,BO,可以证明MN‖BO,利用BO与平面ABE的关系可以判定MN与平面ABE的关系,进而对选择支A作出判定;根据MN与平面BCF的关系,利用面面平行的性质可以判定MN与平面ADE的关系,进而对选择支B作出判定;利用线面平行的判定定理可以证明MN与平面BDE的平行关系,进而判定C;利用M,N在平面CDEF的两侧,可以判定MN与平面CDE 的关系,进而对D作出判定.根据题意,得到正方体的直观图及其各点的标记字母如图所示,取FH的中点O,连接ON,BO,易知ON与BM平行且相等,∴四边形ONMB为平行四边形,∴MN‖BO,∵BO与平面ABE(即平面ABFE)相交,故MN与平面ABE相交,故A错误;∵平面ADE‖平面BCF,MN∩平面BCF=M,∴MN与平面ADE相交,故B错误;∵BO⊂平面BDHF,即BO‖平面BDH,MN‖BO,MN⊄平面BDHF,∴MN‖平面BDH,故C正确;显然M,N在平面CDEF的两侧,所以MN与平面CDEF相交,故D错误.故选:C.小提示:本题考查从面面平行的判定与性质,涉及正方体的性质,面面平行,线面平行的性质,属于小综合题,关键是正确将正方体的表面展开图还原,得到正方体的直观图及其各顶点的标记字母,并利用平行四边形的判定与性质找到MN的平行线BO.8、已知正方体ABCD−A1B1C1D1的棱长为2,点P在棱AD上,过点P作该正方体的截面,当截面平行于平面B1D1C且面积为√3时,线段AP的长为()A.√2B.1C.√3D.√32答案:A分析:过点P作DB,A1D的平行线,分别交棱AB,AA1于点Q,R,连接QR,BD,即可得到△PQR为截面,且为等边三角形,再根据截面面积求出PQ的长度,即可求出AP;解:如图,过点P作DB,A1D的平行线,分别交棱AB,AA1于点Q,R,连接QR,BD,因为BD//B1D1,所以PQ//B1D1,B1D1⊂面B1D1C,PQ⊄面B1D1C,所以PQ//面B1D1C因为A1D//B1C,所以PR//B1C,B1C⊂面B1D1C,PR⊄面B1D1C,所以PR//面B1D1C又PQ∩PR=P,PQ,PR⊂面PQR,所以面PQR//面B1D1C,则PQR为截面,易知△PQR是等边三角形,则12PQ2⋅√32=√3,解得PQ=2,∴AP=√22PQ=√2.故选:A.多选题9、如图,在菱形ABCD中,AB=2,∠BAD=60°,将△ABD沿对角线BD翻折到△PBD位置,连结PC,则在翻折过程中,下列说法正确的是()A.PC与平面BCD所成的最大角为45°B.存在某个位置,使得PB⊥CDC.当二面角P﹣BD﹣C的大小为90°时,PC=√6D.存在某个位置,使得B到平面PDC的距离为√3答案:BC分析:A,取BD的中点O,连接OP、OC,则OP=OC=√3.可得PC与平面BCD所成的角为∠PCO,当PC=√3时∠PCO=60°>45°,即可判断;B,当点P在平面BCD内的投影为△BCD的重心点Q时,可得PB⊂平面PBQPB⊥CD,即可判断;C,当二面角P﹣BD﹣C的大小为90°时,平面PBD⊥平面BCD,即可得△POC为等腰直角三角形,即可判断;D,若B到平面PDC的距离为√3,则有DB平面PCD,即DB⊥CD,与△BCD是等边三角形矛盾.解:选项A,取BD的中点O,连接OP、OC,则OP=OC=√3.由题可知,△ABD和△BCD均为等边三角形,由对称性可知,在翻折的过程中,PC与平面BCD所成的角为∠PCO,当PC=√3时,△OPC为等边三角形,此时∠PCO=60°>45°,即选项A错误;选项B,当点P在平面BCD内的投影为△BCD的重心点Q时,有PQ⊥平面BCD,BQ⊥CD,∴PQ⊥CD,又BQ∩PQ=Q,BQ、PQ⊂平面PBQ,∴CD⊥平面PBQ,∵PB⊂平面PBQ,∴PB⊥CD,即选项B正确;选项C,当二面角P﹣BD﹣C的大小为90°时,平面PBD⊥平面BCD,∵PB=PD,∴OP⊥BD,∵平面PBD∩平面BCD=BD,∴OP⊥平面BCD,∴OP⊥OC,又OP=OC=√3,∴△POC为等腰直角三角形,∴PC=√2OP=√6,即选项C正确;选项D,∵点B到PD的距离为√3,点B到CD的距离为√3,∴若B到平面PDC的距离为√3,则平面PBD⊥平面PCD.平面CBD⊥平面PCD,则有DB平面PCD,即DB⊥CD,与△BCD是等边三角形矛盾.故选:BC.10、如图是正方体的平面展开图,在这个正方体中,下列结论正确的是()A.BM与ED平行B.CN⊥AFC.CN与BM成60°D.四条直线AF、BM、CN、DE中任意两条都是异面直线答案:BCD分析:还原成正方体之后根据正方体性质分析线线位置关系.根据展开图还原正方体如图所示:BM与ED不平行,所以A错误;正方体中CN⊥DM,DM//FA,所以CN⊥AF,所以B正确;CN//EB,CN与BM成角就是∠EBM,△EBM是等边三角形,所以∠EBM=60°,所以C正确;由图可得四条直线AF、BM、CN、DE中任意两条既不想交也不平行,所以任意两条都是异面直线. 故选:BCD11、下图是一个正方体的平面展开图,则在该正方体中()A.AE//CD B.CH//BE C.DG⊥BH D.BG⊥DE答案:BCD分析:由平面展开图还原为正方体,根据正方体性质即可求解.由正方体的平面展开图还原正方体如图,由图形可知,AE⊥CD,故A错误;由HE//BC,HE=BC,四边形BCHE为平行四边形,所以CH//BE,故B正确;因为DG⊥HC,DG⊥BC,HC∩BC=C,所以DG⊥平面BHC,所以DG⊥BH,故C正确;因为BG//AH,而DE⊥AH,所以BG⊥DE,故D正确.故选:BCD填空题12、已知a,b表示两条直线,α,β,γ表示三个不重合的平面,给出下列命题:①若α∩γ=a,β∩γ=b,且a//b,则α//β;②若a,b相交且都在α,β外,a//α,b//β,则α//β;③若a//α,a//β,则α//β;④若a⊂α,a//β,α∩β=b,则a//b.其中正确命题的序号是________.答案:④分析:根据线线、线面、面面之间的位置关系即可得出结果.解析:①错误,α与β也可能相交;②错误,α与β也可能相交;③错误,α与β也可能相交;④正确,由线面平行的性质定理可知.所以答案是:④13、中国古代数学经典《九章算术》系统地总结了战国、秦、汉时期的数学成就,书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,如图为一个阳马与一个鳖臑的组合体,已知PA⊥平面ABCE,四边形ABCD为正方形,AD=√5,ED=√3,若鳖臑P−ADE 的外接球的体积为9√2π,则阳马P−ABCD的外接球的表面积等于______.答案:20π解析:求出鳖臑P−ADE的外接球的半径R1,可求出PA,然后求出正方形ABCD的外接圆半径r2,利用公式R2=√(PA2)2+r22可求出阳马P−ABCD的外接球半径R2,然后利用球体的表面积公式可得出答案.∵四边形ABCD是正方形,∴AD⊥CD,即AD⊥CE,且AD=√5,ED=√3,所以,ΔADE的外接圆半径为r1=AE2=√AD2+ED22=√2,设鳖臑P−ADE的外接球的半径R1,则43πR13=9√2π,解得R1=3√22.∵PA⊥平面ADE,∴R1=√(PA2)2+r12,可得PA2=√R12−r12=√102,∴PA=√10.正方形ABCD的外接圆直径为2r2=AC=√2AD=√10,∴r2=√102,∵PA⊥平面ABCD,所以,阳马P−ABCD的外接球半径R2=√(PA2)2+r22=√5,因此,阳马P−ABCD的外接球的表面积为4πR22=20π.所以答案是:20π.小提示:本题考查球体表面积和体积的计算,同时也涉及了多面体外接球问题,解题时要分析几何体的结构特征,考查分析问题和解决问题的能力,属于中等题.14、词语“堑堵”、“阳马”、“鳖臑”等出现自中国数学名著《九章算术・商功》,是古代人对一些特殊锥体的称呼.在《九章算术・商功》中,把四个面都是直角三角形的四面体称为“鳖臑”.现有如图所示的“鳖臑”四面体PABC,其中PA⊥平面ABC,PA=AC=2,BC=2√2,则四面体PABC的外接球的表面积为______.答案:16π分析:确定外接球球心求得球半径后可得表面积.由于PA⊥平面ABC,因此PA与底面上的直线AC,AB,BC都垂直,从而AC与AB不可能垂直,否则△PBC是锐角三角形,由于AC<BC,因此有AC⊥BC,而PA与AC是平面PAC内两相交直线,则BC⊥平面PAC,PC⊂平面PAC,所以BC⊥PC,所以PB的中点O到P,A,B,C四个点的距离相等,即为四面体PABC的外接球球心.PB2=PA2+AB2=PA2+AC2+BC2=22+22+(2√2)2=16,PB=4,)2=4π×22=16π.所以所求表面积为S=4π×(PB2所以答案是:16π.解答题15、如图,四边形ABCD是一个半圆柱的轴截面,E,F分别是弧DC,AB上的一点,EF//AD,点H为线段AD 的中点,且AB=AD=4,∠FAB=30°,点G为线段CE上一动点.(1)试确定点G的位置,使DG//平面CFH,并给予证明;(2)求三棱锥E−CFH的体积.答案:(1)点G为线段CE中点,证明见解析;.(2)8√33分析:(1)点G为线段CE中点,取CF中点M,证明DG//HM,再利用线面平行的判定推理作答.(2)根据给定条件,证得CE⊥平面ADEF,再结合等体积法即可求出三棱锥E−CFH的体积作答.(1)当点G为线段CE中点时,DG//平面CFH,取CF中点M,连接HM,GM,如图,则GM//EF,GM=12EF,因E,F分别是弧DC,AB上的一点,EF//AD,则EF是半圆柱的一条母线,即EF=AD,而点H为线段AD的中点,于是得GM//DH,GM=DH,即四边形DGMH为平行四边形,则DG//HM,而DG⊄平面CFH,HM⊂平面CFH,所以DG//平面CFH.(2)依题意,AB是半圆柱下底面半圆的直径,则∠AFB=90∘,而∠FAB=30°,有AF=√32AB=2√3,BF=12AB=2,显然CD是半圆柱上底面半圆的直径,则CE⊥DE,由(1)知EF是半圆柱的一条母线,则EF⊥平面CDE,而CE⊂平面CDE,即有CE⊥EF,DE∩EF=E,DE,EF⊂平面ADEF,因此,CE⊥平面ADEF,而EF//BC,EF=BC,即四边形BCEF是平行四边形,CE=BF=2,又点H为线段AD的中点,则S△EFH=12AD⋅AF=4√3,所以三棱锥E−CFH的体积V E−CFH=V C−EFH=13⋅S△EFH⋅CE=13×4√3×2=8√33.。
高中数学必修二《立体几何》练习题

立体几何一、选择题1、(2016年北京高考)某三棱锥的三视图如图所示,则该三棱锥的体积为( )A.B. C. D. 【答案】A2、(2016年山东高考)有一个半球和四棱锥组成的几何体,其三 视图如右图所示,则该几何体的体积为(A ) (B ) (C ) (D ) 【答案】C3、(2016年全国I高考)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1613121π32+31π32+31π62+31π62+1垂直的半径.若该几何体的体积是28π3,则它的表面积是(A )17π (B )18π (C )20π (D )28π【答案】A4、(2016年全国I 高考)平面过正方体ABCD A 1B 1C 1D 1的顶点A ,//平面CB 1D 1,平面ABCD =m ,平面ABB 1 A 1=n ,则m ,n 所成角的正弦值为(A ) (B ) (C ) (D ) 【答案】A5、(2016年全国II 高考)右图是由圆柱与圆锥组合而成的几何体的三视图,则该几何体的表面积为(A )20π (B )24π (C )28π (D )32π 【答案】C6、(2016年全国III 高考)如图,网格纸上小正方形的边长为1,粗实现画出的是某多面体的三视图,则该多面体的表面积为α-ααI αI22313(A )(B )(C )90 (D )81 【答案】B7、(2016年全国III 高考)在封闭的直三棱柱内有一个体积为V 的球,若,,,,则V 的最大值是(A )4π (B ) (C )6π (D )【答案】B二、填空题1、(2016年上海高考)如图,在正四棱柱中,底面的边长为3,与底面所成角的大小为,则该正四棱柱的高等于____________【答案】2、(2016年四川高考)已知三棱锥的四个面都是腰长为2的等腰三角形,该三棱锥的正视图如图所示,则该三棱锥的体积是__________.18+54+111ABC A B C -AB BC ⊥6AB =8BC =13AA =92π323π1111D C B A ABCD -ABCD 1BD 32arctan3、(2016年天津高考)已知一个四棱锥的底面是平行四边形,该四棱锥的三视图如图所示(单位:m),则该四棱锥的体积为_______m3.【答案】24、(2016年全国II高考)是两个平面,是两条直线,有下列四个命题:(1)如果,那么.[(2)如果,那么.(3)如果,那么.(4)如果,那么与所成的角和与所成的角相等.其中正确的命题有..(填写所有正确命题的编号)【答案】②③④5、(2016年浙江高考)某几何体的三视图如图所示(单位:cm),则该几何体的表面积是 cm2,体积是 cm3.,αβ,m n,,//m n m nαβ⊥⊥αβ⊥,//m nαα⊥m n⊥//,mαβα⊂//mβ//,//m nαβmαnβ【答案】 6、(2016年浙江高考)如图,在△ABC 中,AB =BC =2,∠ABC =120°.若平面ABC 外的点P 和线段AC 上的点D ,满足PD =DA ,PB =BA ,则四面体PBCD 的体积的最大值是 .【答案】三、解答题1、(2016年北京高考) 如图,在四棱锥中,平面平面,,,,,,(1)求证:平面;(2)求直线与平面所成角的正弦值;(3)在棱上是否存在点,使得平面?若存在,求的值;若不存在,说明理由. 【解】⑴∵面面 面面723212P ABCD -PAD ⊥ABCD PA PD ⊥PA PD =AB AD ⊥1AB =2AD =AC CD ==PD ⊥PAB PB PCD PA M //BM PCD AMAP∵,面∴面∵面∴又∴面⑵取中点为,连结,∵∴∵∴以为原点,如图建系易知,,,,则,,,设为面的法向量,令,则与面夹角有⑶假设存在点使得面设,由(2)知,,,,有∴∵面,为的法向量∴即∴∴综上,存在点,即当时,点即为所求.' 2、(2016年山东高考)在如图所示的圆台中,AC是下底面圆O的直径,EF是上底面圆O的直径,FB 是圆台的一条母线.(I )已知G ,H 分别为EC ,FB 的中点,求证:GH ∥平面ABC ; (II )已知EF =FB =AC =,AB =BC .求二面角的余弦值.【解】(Ⅰ)连结,取的中点,连结, 因为,在上底面内,不在上底面内, 所以上底面,所以平面; 又因为,平面,平面,所以平面; 所以平面平面,由平面,所以平面. (Ⅱ) 连结,以为原点,分别以为轴, 建立空间直角坐标系.,,于是有,,,, 可得平面中的向量,, 于是得平面的一个法向量为, 又平面的一个法向量为, 设二面角为,12F BC A --FC FC M HM GM,GM//EF EF GM GM//GM//ABC MH//B C⊂BC ABC ⊄MH ABC MH//ABC GHM//ABC ⊂GH GHM GH//ABC OB B C AB = OB A ⊥∴O O O O OB,OA,'z y,x,BC AB ,32AC 21FB EF ==== 3)(22=--='FO BO BF O O )0,0,3A(2)0,0,3C(-2)0,3B(0,2)3,3F(0,FBC )3,(30,-=)0,,(3232=FBC )1,3,3(1-=n ABC )1,0,0(2=n A -BC -F θ B则. 二面角的余弦值为.3、(2016年上海高考)将边长为1的正方形(及其内部)绕的旋转一周形成圆柱,如图,长为,长为,其中与在平面的同侧。
(好题)高中数学必修二第一章《立体几何初步》测试题(有答案解析)

一、选择题1.如下图所示,在正方体1111ABCD A B C D -中,E 是平面11ADD A 的中心,M 、N 、F 分别是11B C 、1CC 、AB 的中点,则下列说法正确的是( )A .12MN EF =,且MN 与EF 平行B .12MN EF ≠,且MN 与EF 平行 C .12MN EF =,且MN 与EF 异面 D .12MN EF ≠,且MN 与EF 异面 2.如图,圆锥的母线长为4,点M 为母线AB 的中点,从点M 处拉一条绳子,绕圆锥的侧面转一周达到B 点,这条绳子的长度最短值为25,则此圆锥的表面积为( )A .4πB .5πC .6πD .8π 3.某几何体的三视图如图所示(单位:cm ),则该几何体的体积(单位:3cm )是( )A .24B .30C .47D .67 4.已知点A ,B ,C 在半径为5的球面上,且214AB AC ==,27BC =,P 为球面上的动点,则三棱锥P ABC -体积的最大值为( )A .567B .527C .497D .14735.如图为某几何体的三视图,正视图、左视图和俯视图均为等腰直角三角形,则该几何体的表面积是( )A .23+B .223+C .63D .66.三棱锥P ABC -中,6AB =,8AC =,90BAC ∠=︒,若52PA PB PC ===则点B 到平面PAC 的距离为( )A .32B 3041C 1534D .67.已知四面体ABCD 中,二面角A BC D --的大小为60,且2AB =,4CD =,120CBD ∠=,则四面体ABCD 体积的最大值是( )A .439B .239C .83D .438.如下图所示是一个正方体的平面展开图,在这个正方体中①//BM平面ADE ;②DE BM ⊥;③平面//BDM 平面AFN ;④AM ⊥平面BDE .以上四个命题中,真命题的序号是( )A .①②③④B .①②③C .①②④D .②③④ 9.在正方体1111ABCD A B C D -中,三棱锥11A B CD -的表面积为43,则正方体外接球的体积为( )A .43πB .6πC .323πD .86π10.已知直线a 、b 都不在平面α内,则下列命题错误的是( )A .若//a b ,//a α,则//b αB .若//a b ,a α⊥,则b α⊥C .若a b ⊥,//a α,则b α⊥D .若a b ⊥,a α⊥,则//b α11.在正方体1111ABCD A B C D -中,M 和N 分别为11A B ,和1BB 的中点.,那么直线AM 与CN 所成角的余弦值是( )A .25B .1010C .35D .3212.已知在底面为菱形的直四棱柱1111ABCD A B C D -中,14,42AB BD ==60BAD ︒∠=,则异面直线1B C 与1AD 所成的角为( )A .90︒B .60︒C .45︒D .30︒二、填空题13.已知直三棱柱111ABC A B C -,14AB BC AA ===,42AC =,若点P 是上底面111 A B C 所在平面内一动点,若三棱锥P ABC -的外接球表面积恰为41π,则此时点P 构成的图形面积为________.14.在三棱锥P ABC -中,PA ⊥平面ABC ,22AB =,3BC =,4PA =,4ABC π∠=,则该三棱锥的外接球体积为___________.15.如图在菱形ABCD 中,2AB =,60A ∠=,E 为AB 中点,将AED 沿DE 折起使二面角A ED C '--的大小为90,则空间A '、C 两点的距离为________;16.如图,已知ABC 的顶点C ∈平面α,点,A B 在平面α的同一侧,且||23,||2AC BC ==.若,AC BC 与平面α所成的角分别为5,124ππ,则ABC 面积的取值范围是_____17.在三棱锥-P ABC 中,侧面PBC 和底面ABC 都是边长为2的正三角形,若3PA =,则侧棱PA 与底面ABC 所成的角的大小是___________.18.已知扇形的面积为56π,圆心角为63π,则由该扇形围成的圆锥的外接球的表面积为_________. 19.有一个半径为4的球是用橡皮泥制作的,现要将该球所用的橡皮泥重新制作成一个圆柱和一个圆锥,使得圆柱和圆锥有相等的底面半径和相等的高,若它们的高为8,则它们的底面圆的半径是___________.20.若三棱锥S ABC -的底面是以AB 为斜边的等腰直角三角形,23AB =,7SA SB SC ===,则该三棱锥的外接球的表面积为__________.三、解答题21.已知四棱锥P ABCD -的底面是菱形,60,BCD PD AD ∠=︒⊥,点E 是BC 边的中点.(Ⅰ)求证:AD ⊥平面PDE ;(Ⅱ)若二面角P AD C --的大小等于60︒,且834,3AB PD ==①点P 到平面ABCD 的距离;②求直线PB 与平面ABCD 所成角的大小.22.如图,在四棱锥P ABCD -中,底面ABCD 是边长为1的正方形,PA ⊥底面ABCD ,PA AB =,点M 是棱PD 的中点.(1)求证://PB 平面ACM ;(2)求三棱锥P ACM -的体积.23.如图,在四棱锥P ABCD -中,底面ABCD 是正方形,32,3,PB PD PA AD ====点,E F 分别为线段,PD BC 的中点.(1)求证://EF 平面ABP ;(2)求证:平面AEF ⊥平面PCD ;(3)求三棱锥C AEF -的体积24.如图,四棱锥P ABCD -中,2PC PD DC AD ===,底面ABCD 为矩形,平面PCD ⊥平面ABCD ,O 、E 分别是棱CD 、PA 的中点.(1)求证://OE 平面PBC ;(2)求二面角P AB C 的大小.25.在三棱锥P ABC -中,AE BC ⊥于点,E CF AB ⊥于点F ,且AE CF O ⋂=,若点P 在平面ABC 上的射影为点O .(1)证明:AC PB ⊥;(2)若ABC 是正三角形,点,G H 分别为,PA PC 的中点.证明:四边形EFGH 是矩形.26.已知圆锥的侧面展开图为半圆,母线长为23.(1)求圆锥的底面积;(2)在该圆锥内按如图所示放置一个圆柱,当圆柱的侧面积最大时,求圆柱的体积.【参考答案】***试卷处理标记,请不要删除一、选择题1.D解析:D【分析】设正方体1111ABCD A B C D -的棱长为2,利用正方体性质可求得2MN =,3EF =知12MN EF ≠,再利用三角形中位线性质知1//MN B C ,从而//MN ED ,又EF 与ED 相交,可知MN 与EF 异面,即可选出答案.【详解】设正方体1111ABCD A B C D -的棱长为2,则22112MN MC C N =+=作E 点在平面ABCD 的投影点G ,即EG ⊥平面ABCD ,连接,EG GF ,在直角EGF △中,1EG =,222GF AG AF =+=2222123EF EG GF =+=+=以12MN EF ≠,故排除A 、C连接DE ,由E 是平面11ADD A 的中心,得112DE A D = 又M N 、分别是11B C 、1CC 的中点,所以1//MN B C又11//A D B C ,所以//MN ED ,又EF ED E ⋂=,所以MN 与EF 异面故选:D.【点睛】关键点睛:本题考查正方体中的线面关系,线线平行的关系,及判断异面直线,解题的关键是熟记正方体的性质,考查学生的逻辑推理能力,属于基础题.2.B解析:B【分析】根据圆锥侧面展开图是一个扇形,且线段25MB =计算底面圆半径即可求解.【详解】设底面圆半径为r ,由母线长4l ,可知侧面展开图扇形的圆心角为22r r l ππα==, 将圆锥侧面展开成一个扇形,从点M 拉一绳子围绕圆锥侧面转到点B ,最短距离为BM ; 如图,在ABM 中,25,2,4MB AM AB ===,所以222AM AB MB +=,所以2MAB π∠=,故22r ππα==,解得1r =,所以圆锥的表面积为25S rl r πππ=+=,故选:B【点睛】关键点点睛:首先圆锥的侧面展开图为扇形,其圆心角为2r l πα=,其次从点M 拉一绳子围绕圆锥侧面转到点B ,绳子的最短距离即为展开图中线段MB 的长,解三角即可求解底面圆半径r ,利用圆锥表面积公式求解. 3.D解析:D【分析】先找到几何体的原图,再求出几何体的高,再求几何体的体积得解.【详解】由三视图可知几何体为图中的四棱锥1P CDD E -,由题得22437AD =-7所以几何体的体积为11(24)676732⋅+⋅=. 故选:D【点睛】方法点睛:通过三视图找几何体原图常用的方法有:(1)直接法;(2)拼凑法;(3)模型法.本题利用的就是模型法.要根据已知条件灵活选择方法求解. 4.A解析:A【分析】求出球心到平面ABC 的距离,由这个距离加上球半径得P 到平面ABC 距离的最大值,再由体积公式可得P ABC -体积的最大值.【详解】如图,M 是ABC 的外心,O 是球心,OM ⊥平面ABC ,当P 是MO 的延长线与球面交点时,P 到平面ABC 距离最大, 由214AB AC ==,27BC =,得72cos 214ACB ∠==,则14sin 4ACB ∠=, 21428sin 144AB AM CB ===∠,4AM =, 2222543OM OA AM =-=-=,358PM =+=,又1114sin 2142777224ABC S AC BC ACB =⋅⋅∠=⨯⨯⨯=△, 所以最大的15677783P ABC V -=⨯⨯=. 故选:A .【点睛】本题考查求三棱锥的体积,解题关键是确定三棱锥体积最大时P 点在球面上的位置,根据球的性质易得结论.当底面ABC 固定,M 是ABC 外心,当PM ⊥平面ABC ,且球心O 在线段PM 上时,P 到平面ABC 距离最大.5.A解析:A【分析】由三视图可知原几何体是三棱锥,平面ACD ⊥平面ABC ,ACD ACB ≅底面是等腰直角三角形,底为2AC =,高为1BE =,ABD BCD ≅是边长为2的等边三角形,计算四个三角形面积之和即可求解.【详解】由三视图可知原几何体是三棱锥:底面ACB △是等腰直角三角形,底2AC =,高1BE =,平面ACD ⊥平面ABC ,ACD ACB ≅,由三视图知ACB △中,2AC =,ACB △是等腰直角三角形,所以2AB BC ==ACD △是等腰直角三角形,2AD CD ==,2AC =,222BD BE DE =+=所以等腰直角三角形ACB △的面积为12112⨯⨯=, 等腰直角三角形ACD △的面积为12112⨯⨯=, 等边ABD △的面积为233242=, 等边BCD △的面积为233242=, 所以该几何体的表面积是331123++=+, 故选:A.6.C解析:C 【分析】取BC 中点为O ,连接OP ,OA ,根据题中条件,由线面垂直的判断定理,证明PO ⊥平面ABC ;求出三棱锥P ABC -的体积;以及PAC △的面积,设点B 到平面PAC 的距离为d ,根据等体积法,由P ABC B PAC V V --=,即可求出结果. 【详解】取BC 中点为O ,连接OP ,OA ,因为6AB =,8AC =,90BAC ∠=︒,所以226810BC =+=,则152AO BC ==; 又52PA PB PC ===222100PB PC BC +==,则PB BC ⊥,152PO BC ==, 所以22250PO OA PA +==,所以PO AO ⊥; 因为PB PC =,O 为BC 中点,所以PO BC ⊥,又BC AO O ⋂=,BC ⊂平面ABC ,AO ⊂平面ABC ,所以PO ⊥平面ABC ; 此时三棱锥P ABC -的体积为11168540332P ABC ABCV S PO -=⋅=⨯⨯⨯⨯=, 因为在PAC △中,52PA PC ==,8AC =,所以PAC △的面积为221843422PACAC SPA ⎛⎫=⨯-= ⎪⎝⎭, 设点B 到平面PAC 的距离为d , 由P ABC B PAC V V --=可得1403PACS d =⋅,所以153417434d ==. 故选:C. 【点睛】 方法点睛:求解空间中点P 到面α的距离的常用方法:(1)等体积法:先设所求点到面的距离,根据几何体中的垂直关系,由同一几何体的不同的侧面(或底面)当作底,利用体积公式列出方程,即可求解;(2)空间向量法:先建立适当的空间直角坐标系,求出平面α的一个法向量m ,以及平面α的一条斜线PA 所对应的向量PA ,则点P 到面α的距离即为PA m d m⋅=.7.D解析:D 【分析】在BCD △中,利用余弦定理和基本不等式可得163BC BD ⋅≤,由三角形的面积公式可得BCDS≤,由二面角A BC D --的大小为60,可得A 到平面BCD 的最大距离为2sin 603h ==ABCD 体积的最大值.【详解】在BCD △中,由余弦定理可得2222cos120CD BC BD BC BD =+-⋅22BC BD BC BD =++⋅因为222BC BD BC BD +≥,所以23CD BC BD ≥⋅, 所以163BC BD ⋅≤,当且仅当BC BD =时等号成立,1116sin120223BCDSBC BD =⋅≤⨯= 因为二面角A BC D --的大小为60,所以点A 到平面BCD 的最大距离为2sin 603h ==所以114333A BCD BCDV S h -=⋅≤=, 所以四面体ABCD 体积的最大值是43, 故选:D 【点睛】关键点点睛:本题解题的关键点是利用余弦定理和基本不等式、三角形面积公式求出BCD S △最大值,再由二面角求出高的最大值.8.A解析:A 【分析】把正方体的平面展开图还原成正方体ABCA ﹣EFMN ,得出BM ∥平面ADNE ,判断①正确;由连接AN ,则AN ∥BM ,又ED AN ⊥,判断②正确;由BD ∥FN ,得出BD ∥平面AFN ,同理BM ∥平面AFN ,证明平面BDM ∥平面AFN ,判断③正确;由MC BD ⊥,ED ⊥AM ,根据线面垂直的判定,判断④正确.【详解】把正方体的平面展开图还原成正方体ABCA ﹣EFMN ,如图1所示; 对于①,平面BCMF ∥平面ADNE ,BM ⊂平面BCMF , ∴BM ∥平面ADNE ,①正确;对于②,如图2所示,连接AN ,则AN ∥BM ,又ED AN ⊥,所以DE BM ⊥,②正确; 对于③,如图2所示,BD ∥FN ,BD ⊄平面AFN ,FN ⊂平面AFN ,∴BD ∥平面AFN ;同理BM ∥平面AFN ,且BD ∩BM =B ,∴平面BDM ∥平面AFN ,③正确; 对于④,如图3所示,连接AC ,则BD AC ⊥,又MC ⊥平面ABCD ,BD ⊂平面ABCD ,所以MC BD ⊥,又AC MC C ,所以BD ⊥平面ACM ,所以BD ⊥AM , 同理得ED ⊥AM ,ED BD D =,所以AM ⊥平面BDE ,∴④正确.故选:A .【点睛】关键点点睛:解决本题的关键在于展开空间想象,将正方体的平面展开图还原,再由空间的线线,线面,面面关系及平行,垂直的判定定理去判断命题的正确性.9.B解析:B 【分析】根据三棱锥的表面积进一步求出正方体的棱长,最后求出正方体的外接球的半径,进一步求出结果. 【详解】解:设正方体的棱长为a ,则1111112B D AC AB AD B C D C a ======, 由于三棱锥11A B CD -的表面积为3 所以)12133442242AB CS S a==⨯⨯=所以2a =()()()2222226++=, 所以正方体的外接球的体积为34663ππ⎛⎫= ⎪ ⎪⎝⎭故选:B . 【点睛】与球有关的组合体问题,一种是内切,一种是外接.解题时要认真分析图形,明确切点和接点的位置,确定有关元素间的数量关系,并作出合适的截面图,如球内切于正方体,切点为正方体各个面的中心,正方体的棱长等于球的直径;球外接于正方体,正方体的顶点均在球面上,正方体的体对角线长等于球的直径.10.C解析:C 【分析】利用线面平行的性质和判定定理可判断A 选项的正误;由线面垂直的定义可判断B 选项的正误;根据已知条件判断b 与α的位置关系,可判断C 选项的正误;根据已知条件判断b 与α的位置关系,可判断D 选项的正误. 【详解】由于直线a 、b 都不在平面α内.在A 中,若//a α,过直线a 的平面β与α的交线m 与a 平行,因为//a b ,可得//b m ,b α⊄,m α⊂,所以,//b α,A 选项正确;在B 中,若a α⊥,则a 垂直于平面α内所有直线,//a b ,则b 垂直于平面α内所有直线,故b α⊥,B 选项正确; 在C 中,若a b ⊥,//a α,则b 与α相交或平行,C 选项错误;在D 中,若a b ⊥,a α⊥,则//b α或b α⊂,b α⊄,//b α∴,D 选项正确.故选:C. 【点睛】方法点睛:对于空间线面位置关系的组合判断题,解决的方法是“推理论证加反例推断”,即正确的结论需要根据空间线面位置关系的相关定理进行证明,错误的结论需要通过举出反例说明其错误,在解题中可以以常见的空间几何体(如正方体、正四面体等)为模型进行推理或者反驳.11.A解析:A 【分析】作出异面直线AM 和CN 所成的角,然后解三角形求出两条异面直线所成角的余弦值. 【详解】设,E F 分别是1,AB CC 的中点,由于,M N 分别是111,A B BB 的中点,结合正方体的性质可知11//,//B E AM B F CN ,所以1EB F ∠是异面直线AM 和CN 所成的角或其补角, 设异面直线AM 和CN 所成的角为θ,设正方体的边长为2,2211125B E B F ==+=,2221216EF =++=,则1cos cos EB F θ=∠=55625255+-=⨯⨯.故选:A.【点睛】思路点睛:平移线段法是求异面直线所成角的常用方法,其基本思路是通过平移直线,把异面直线的问题化归为共面直线问题来解决,具体步骤如下: (1)平移:平移异面直线中的一条或两条,作出异面直线所成的角; (2)认定:证明作出的角就是所求异面直线所成的角; (3)计算:求该角的值,常利用解三角形; (4)取舍:由异面直线所成的角的取值范围是0,2π⎛⎤⎥⎝⎦,当所作的角为钝角时,应取它的补角作为两条异面直线所成的角.12.A解析:A 【分析】把1AD 平移到1BC ,把异面直线所成的角转化为相交直线的夹角. 【详解】连接1,BD BC ,∵四边形ABCD 为菱形, 60,4BAD AB ︒∠==,4BD ∴=.又1BDD 为直角三角形,22211BD BD DD ∴=+,得14DD =,∴四边形11BCC B 为正方形.连接1BC 交1B C 于点O 11//BC AD ,BOC ∴∠(或其补角)为异面直线1B C 与1AD 所成的角,由于11BCC B 为正方形, 90BOC ︒∴∠=,故异面直线1B C 与1AD 所成的角为90°. 故选:A. 【点睛】思路点睛:平移线段法是求异面直线所成角的常用方法,其基本思路是通过平移直线,把异面直线的问题化归为共面直线问题来解决,具体步骤如下: (1)平移:平移异面直线中的一条或两条,作出异面直线所成的角; (2)认定:证明作出的角就是所求异面直线所成的角; (3)计算:求该角的值,常利用解三角形; (4)取舍:由异面直线所成的角的取值范围是0,2π⎛⎤⎥⎝⎦,当所作的角为钝角时,应取它的补角作为两条异面直线所成的角.二、填空题13.【分析】确定是等腰直角三角形的中点分别是和的外心由直棱柱性质得的外接球的球心在上外接球面与平面的交线是圆是以为圆心为半径的圆求出可得面积【详解】则设分别是的中点则分别是和的外心由直三棱柱的性质得平面 解析:4π【分析】确定ABC 是等腰直角三角形,11,AC A C 的中点1,D D 分别是ABC 和111A B C △的外心,由直棱柱性质得P ABC -的外接球的球心O 在1DD 上,外接球面与平面111A B C 的交线是圆,是以1D 为圆心,1D P 为半径的圆,求出1PD 可得面积. 【详解】4,2AB BC AC ===90ABC ∠=︒,设1,D D 分别是11,AC A C 的中点,则1,D D分别是ABC 和111A B C △的外心,由直三棱柱的性质得1DD ⊥平面ABC , 所以P ABC -的外接球的球心O 在1DD 上,如图,24()41OA ππ=,则412OP OA ==,2222413(22)22OD OA AD ⎛⎫=-=-= ⎪ ⎪⎝⎭, 所以11135422OD DD OD AA OD =-=-=-=, 222211415222PD OP OD ⎛⎫⎛⎫=-=-= ⎪⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭, P ABC -的外接球面与平面111A B C 的交线是圆,是以1D 为圆心,1D P 为半径的圆,其面积为224S ππ=⨯=. 故答案为:4π.【点睛】关键点点睛:本题考查立体几何中动点轨迹问题的求解,重点考查了几何体的外接球的有关问题的求解,关键是根据外接球的性质确定球心位置,结合勾股定理得出动点所满足的具体条件,结论:三棱锥的外接球的球心在过各面外心且与此面垂直的直线上.14.【分析】利用余弦定理求得利用正弦定理计算出的外接圆直径可计算出三棱锥的外接球半径然后利用球体体积公式可求得结果【详解】如下图所示圆柱的底面圆直径为圆柱的母线长为则的中点到圆柱底面圆上每点的距离都相等 1326π【分析】利用余弦定理求得AC ,利用正弦定理计算出ABC 的外接圆直径2r ,可计算出三棱锥P ABC -的外接球半径R ,然后利用球体体积公式可求得结果.【详解】如下图所示,圆柱12O O 的底面圆直径为2r ,圆柱的母线长为h ,则12O O 的中点O 到圆柱底面圆上每点的距离都相等, 所以,圆柱12O O 的外接球直径为()2222R r h =+.本题中,作出ABC 的外接圆2O ,由于PA ⊥平面ABC ,可将三棱锥P ABC -放在圆柱12O O 中,在ABC 中,22AB =3BC =,4ABC π∠=,由余弦定理可得222cos 5AC AB BC AB BC ABC +-⋅∠=,由正弦定理可知,ABC 的外接圆直径为5210sin 2ACr ABC===∠ 则三棱锥P ABC -的外接球直径为()222226R PA r =+=26R =, 因此,三棱锥P ABC -的外接球的体积为334426132633V R ππ==⨯=⎝⎭. 故答案为:13263. 【点睛】方法点睛:求空间多面体的外接球半径的常用方法:①补形法:侧面为直角三角形,或正四面体,或对棱二面角均相等的模型,可以还原到正方体或长方体中去求解;②利用球的性质:几何体中在不同面均对直角的棱必然是球大圆直径,也即球的直径; ③定义法:到各个顶点距离均相等的点为外接球的球心,借助有特殊性底面的外接圆圆心,找其垂线,则球心一定在垂线上,再根据带其他顶点距离也是半径,列关系求解即可.15.【分析】由二面角的大小为可得平面平面得到平面由勾股定理可得答案【详解】连接所以是等边三角形所以因为为中点所以所以即所以因为平面平面平面平面所以平面平面所以所以故答案为:【点睛】对于翻折问题解题时要认解析:22. 【分析】由二面角A ED C '--的大小为90,可得平面A ED '⊥平面EDCB ,得到A E '⊥平面EDCB ,由勾股定理可得答案. 【详解】连接DB CE 、,2AB AD ==,60A ∠=,所以ABD △、CBD 是等边三角形, 所以2AD BD CD ===,因为E 为AB 中点,1AE A E '==, 所以DE AB ⊥,DE A E ⊥',3DE =,30EDB ∠=,所以90EDC ∠=,即DE CD ⊥,所以222347EC ED CD =+=+=,因为平面A ED '⊥平面EDCB ,DE A E ⊥',平面A ED'平面EDCB DE =,所以A E '⊥平面EDCB ,EC ⊂平面EDCB ,所以A E EC '⊥, 所以221722A C A E EC ''=+=+=.故答案为:22.【点睛】对于翻折问题,解题时要认真分析图形,确定有关元素间的关系及翻折前后哪些量变了,哪些量没有变,根据线线、线面、面面关系正确作出判断,考查了学生的空间想象力..16.【分析】由题意可得AB 的轨迹得到当ACBC 与轴l 共面时∠ACB 取到最大值和最小值求得sin ∠ACB 的范围代入三角形面积公式得答案【详解】∵ACBC 与平面α所成的角分别为且|AC|=2|BC|=2则A 解析:[3,3]【分析】由题意可得A ,B 的轨迹,得到当AC 、BC 与轴l 共面时,∠ACB 取到最大值和最小值,求得sin ∠ACB 的范围,代入三角形面积公式得答案.【详解】∵AC ,BC 与平面α所成的角分别为512π,4π,且|AC |=23,|BC |=2, 则A ,B 分别在如图所示的两个不同的圆周上运动,当直线AC ,BC 与轴l 在同一平面内时,∠ACB 取到最大值和最小值,于是,有63ACB ππ≤∠≤, ∴sin 6π≤sin ∠ACB ≤sin 3π,即12≤sin ∠ACB ≤3 而ABC 的面积S =12|AC |⋅|BC |⋅sin ∠ACB =3∠ACB . ∴33S ≤≤.故答案为:[3,3]【点睛】关键点睛:根据题意得到A ,B 的轨迹,利用几何直观和空间想象进行分析是解题的关键. 17.【分析】先画出直观图证明平面平面然后侧棱与底面ABC 所成的角即为根据题目中的数据算出即可【详解】如图作的中点连结因为侧面PBC 和底面ABC 都是边长为2的正三角形而为的中点所以又所以平面同时平面所以平 解析:o 60.【分析】先画出直观图,证明平面PAD ⊥平面ABC ,然后侧棱PA 与底面ABC 所成的角即为PAD ∠,根据题目中的数据算出即可.【详解】如图,作BC 的中点D ,连结AD 、PD因为侧面PBC 和底面ABC 都是边长为2的正三角形而D 为BC 的中点,所以BC PD ⊥,BC AD ⊥,又PD AD D ⋂=,所以BC ⊥平面PAD ,同时BC ⊂平面ABC所以平面PAD ⊥平面ABC ,所以PAD ∠即为侧棱PA 与底面ABC 所成的角由侧面PBC 和底面ABC 都是边长为2的正三角形得3AD PD ==3PA =所以PAD ∆为等边三角形,则=PAD ∠o 60即侧棱PA 与底面ABC 所成的角为o 60故答案为:o 60【点睛】本题主要考查空间直线与平面所成角的计算,较简单.18.【分析】由扇形的面积及圆心角可得扇形的半径再由扇形的弧长等于圆锥的底面周长可得底面半径再由外接球的半径与圆锥的高和底面半径的关系求出外接球的半径进而求出球的表面积【详解】设扇形的长为l 半径为R 则解得 解析:36π【分析】由扇形的面积及圆心角可得扇形的半径,再由扇形的弧长等于圆锥的底面周长可得底面半径,再由外接球的半径与圆锥的高和底面半径的关系求出外接球的半径,进而求出球的表面积.【详解】设扇形的长为l ,半径为R ,则22111656222S lR R παπ====,解得30R =l 为锥底面周长2r π,∴底面的半径5r =∴225R r -=.设外接球的半径为1R ,∴()222115(5)R R =-+,解得13R =,∴该外接球的表面积为21436R ππ=,故答案为:36π.本题考查扇形的弧长与圆锥的底面周长的关系及外接球的半径和圆锥的高及底面半径的关系,和球的表面积公式的应用,属于中档题.19.【详解】设它们的底面圆的半径为()依题意得化简得所以故答案为: 解析:22 【详解】 设它们的底面圆的半径为r (0r >). 依题意得3443V π=⨯球V V =+圆柱圆锥221(+)83r r ππ=⨯, 化简得28r =,所以22r =. 故答案为:22.20.【详解】取的中点由题意可得:所以面ABC 所以球心在直线上所以得所以解析:494π 【详解】取AB 的中点,由题意可得:2222,3,SD DC SD DC SC ==+=,所以,SD AB SD DC ⊥⊥,SD ⊥面ABC. 所以球心在直线SD 上,所以()2232R R =+-,得74R =, 所以24944S R ππ==. 三、解答题21.(Ⅰ)证明见解析;(Ⅱ)①4,②3π.(Ⅰ)连接BD ,点E 是BC 边的中点,得出DE BC ⊥,DE AD ⊥再由DP AD ⊥,得出结果;(Ⅱ)DE AD ⊥,PD AD ⊥,PDE ∠为二面角P AD C --的平面角,60PDE ∠=︒,过P 在平面PDE 内做PK DE ⊥于K ,易证PK ⊥面ABCD ,PK 为点到面的距离,PBK ∠即为线面角.【详解】(Ⅰ)连接BD ,底面ABCD 是菱形,∠BDC =60°,∴△BCD 是正三角形.∵点E 是BC 边的中点,∴DE ⊥BC ,∵AD ∥BC ,∴DE ⊥AD .∵DP ⊥AD ,DP ∩AD =D ,∴AD ⊥平面PDE ;(Ⅱ)①∵DE ⊥AD ,PD ⊥AD ,∴PDE ∠为二面角P -AD -C 的平面角,∴60PDE ∠=︒,过P 在平面PDE 内做PK DE ⊥于K ,由(Ⅰ)易AD PK ⊥.∴PK ⊥面ABCD . ∵83PD =∴43DK =,4PK =, 即点P 到平面ABCD 的距离是4. ②AB =4,∴23DE =∴23DK DE =,∴K 为BCD △重心. 连接BK ,∵BCD △为正三角形,所以BK 为BP 在面ABCD 内的射影.∴PB ⊥AB ,PBK ∠为直线PB 与平面ABCD 所成角,RT PKB △中,tan 3PK PK PKB KB DK ∠===3PKB π∠=, 直线PB 与平面ABCD 所成角的大小为3π. 【点睛】求直线与平面所成的角的一般步骤: ①找直线与平面所成的角,即通过找直线在平面上的射影来完成;②计算,要把直线与平面所成的角转化到一个三角形中求解.22.(1)证明见解析;(2)23. 【分析】 (1)连接BD 交AC 于点O ,由中位线定理得//OM PB ,从而得证线面平行; (2)由M 是PD 中点,得12M ACD P ACD V V --=,求出三棱锥P ACD -的体积后可得. 【详解】(1)如图,连接BD 交AC 于点O ,连接OM ,则O 是BD 中点,又M 是PD 中点, ∴//OM PB ,又PB ⊄平面ACM ,OM ⊂平面ACM ,所以//PB 平面ACM ;(2)由已知12222ACD S =⨯⨯=,11422333P ACD ACD V S PA -=⋅=⨯⨯=△, 又M 是PD 中点,所以1223M ACD P ACD V V --==, 所以23P ACM P ACD M ACD V V V ---=-=.【点睛】思路点睛:本题考查证明线面平行,求三棱锥的体积.求三棱锥的体积除掌握体积公式外,还需要注意割补法,不易求体积的三棱锥(或一个不规则的几何体)的体积可通过几个规则的几何体(柱、锥、台等)的体积加减求得.三棱锥的体积还可通过转化顶点,转移底面利用等体积法转化为求其他三棱锥的体积,从而得出结论.23.(1)证明见解析;(2)证明见解析;(3)98. 【分析】(1)取PA 的中点G ,连接,BG EG ,证明四边形EFBG 为平行四边形,得出//EF BG ,再由线面平行的判定定理证明即可;(2)先证明PA ⊥平面ABCD ,从而得出PA CD ⊥,再由等腰三角形的性质得出AE PD ⊥,最后由面面垂直的判定定理证明即可;(3)以AFC △为底,12PA 为高,由棱锥的体积公式得出答案.【详解】(1)如图,取PA 的中点G ,连接,BG EG .因为点,E G 分别为,PD PA 的中点,所以1//,2EG AD EG AD = 又因为F 是BC 的中点,四边形ABCD 是正方形,所以//BF EG 且BF EG = 故四边形EFBG 为平行四边形,所以//EF BG因为BG ⊂平面,ABP EF 不在平面ABP 内,所以//EF 平面ABP .(2)由条件知32,3PB PD PA AD AB =====,所以PAB △和PAD △都是等腰直角三角形,,PA AB PA AD ⊥⊥又因为,,AB AD A AB AD =⊂平面,ABCD 所以PA ⊥平面ABCD因为CD ⊂平面ABCD ,所以PA CD ⊥又因为,,AD CD PA AD A ⊥⋂=所以CD ⊥平面PAD ,所以CD AE ⊥因为E 是PD 的中点,所以AE PD ⊥又因为,,PD CD D PD CD ⋂=⊂平面PCD ,所以AE ⊥平面PCD因为AE ⊂平面,AEF 所以平面AEF ⊥平面PCD .(3)由图可知C AEF E ACF V V --=,1111319333232228E ACF ACF V S PA -=⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=△, 即三棱锥C AEF -的体积为98【点睛】关键点睛:在证明线线平行时,关键是证明四边形EFBG 为平行四边形,从而得出//EF BG .24.(1)证明见解析;(2)3π. 【分析】(1)取PB 中点F ,连接,EF FC ,证明EFCO 是平行四边形,得线线平行后可证得线面平行;(2)取AB 中点G ,连接,,OG PG OP ,可证PGO ∠(或其补角)是二面角PAB C 的平面角.然后在PGO △中求解.【详解】(1)取PB 中点F ,连接,EF FC , 因为E 是PA 中点,∴//EF AB ,且12EF AB =, 又ABCD 是矩形,//,AB CD AB CD =,O 是CD 中点,∴//,EF OC EF OC =,∴EFCO 是平行四边形,∴//OE CF ,而OE ⊄平面PBC ,CF ⊂平面PBC ,∴//OE 平面PBC .(2)取AB 中点G ,连接,,OG PG OP ,ABCD 是矩形,O 是CD 中点,则OG AB ⊥,又PA PC CD ==,∴PO CD ⊥,而平面PCD ⊥平面ABCD ,平面PCD 平面ABCD CD =,PO ⊂平面PCD , ∴PO ⊥平面ABCD ,∵,OG AB ⊂平面ABCD ,∴PO AB ⊥,PO OG ⊥. PO OG O =,,PO OG ⊂平面POG ,∴AB ⊥平面POG ,而PG ⊂平面POG , ∴AB PG ⊥,∴PGO ∠(或其补角)是二面角PAB C 的平面角. 设1AD =,则1OG =,2CD =,3PO =,∴3tan 3PO PGO OG ∠===,[0,]PGO π∠∈,∴3PGO π∠=. ∴二面角P AB C 的大小为3π.【点睛】方法点睛:本题考查证明线面平行,考查求二面角.求二面角的方法:(1)定义法:根据定义作出二面角的平面角,然后通过解三角形得解;(2)空间向量法:建立空间直角坐标系,求出二面角的两个面的法向量,由法向量夹角得二面角.25.(1)证明见解析;(2)证明见解析.【分析】(1)根据三角形垂心的特征,以及点在面上的射影的定义,再结合线面垂直的判定定理和性质,证得结果;(2)利用平行四边形的邻边垂直,证得结果.【详解】证明:(1)连接BO 并延长交AC 于点M ,因为,AE BC CF AB ⊥⊥,所以O 为ABC 的垂心所以BM AC ⊥ 又因为P 在平面ABC 的射影为O ,所以PO ⊥平面ABC所以PO AC ⊥又因为PO BM O ⋂=,所以AC ⊥平面PBM所以AC PB ⊥(2)分别连接,,,EF EH GF GH因为,,AE BC CF AB ABC ⊥⊥为正三角形所以,E F 分别为,BC BA 的中点所以//EF AC又由(1)AC PB ⊥,所以EF PB ⊥因为,E H 分别为,BC PC 的中点,所以EH 平行等于1PB 2,又因为,F G 分别为,AB PA 的中点,所以GF 平行等于1PB 2,所以EH 平行等于GF ,所以四边形EFGH 为平行四边形又//,EH PB EF PB ⊥,所以EH EF ⊥,所以四边形EFGH 为矩形.【点睛】思路点睛:该题考查的是有关立体几何的问题,解题思路如下:(1)利用三角形的垂心的特征,结合点在面上射影的定义,得到相应的垂直关系,结合线面垂直的判定定理和性质证得结果;(2)根据正三角形的有关特征,结合题中所得到的平行关系,到的四边形EFGH 为平行四边形;(3)根据题中所给的垂直关系,得到EH EF ⊥,从而证得结果.。
高中数学必修2立体几何专题测试题

高中数学必修2立体几何专题测试题(时间:60分钟,满分:100分)班别 座号 姓名 成绩 一、选择题(本大题共10小题,每小题5分,共50分)1.若直线a 不平行于平面α,则下列结论成立的是( )A. α内所有的直线都与a 异面;B. α内不存在与a 平行的直线;C. α内所有的直线都与a 相交;D.直线a 与平面α有公共点. 2.已知两个平面垂直,下列命题①一个平面内的已知直线必垂直于另一个平面的任意一条直线; ②一个平面内的已知直线必垂直于另一个平面的无数条直线; ③一个平面内的任一条直线必垂直于另一个平面;④过一个平面内任意一点作交线的垂线,则垂线必垂直于另一个平面. 其中正确的个数是( ) A.3 B.2 C.1 D.03.空间四边形ABCD 中,若AB AD AC CB CD BD =====,则AC 与BD 所成角为A.030B.045C.060D.090 4. 给出下列命题:(1)直线a 与平面α不平行,则a 与平面α内的所有直线都不平行; (2)直线a 与平面α不垂直,则a 与平面α内的所有直线都不垂直; (3)异面直线a 、b 不垂直,则过a 的任何平面与b 都不垂直; (4)若直线a 和b 共面,直线b 和c 共面,则a 和c 共面其中错误命题的个数为( ) (A )0 (B ) 1 (C )2 (D )3 5.正方体ABCD-A 1B 1C 1D 1中,与对角线AC 1异面的棱有( )条 A 3 B 4 C 6 D 86. 某设备零件的三视图如右图所示,则这个零件的表面积为( )A.22B.20C.18D.156. 点P 为ΔABC 所在平面外一点,PO ⊥平面ABC ,垂足为O ,若PA=PB=PC ,则点O 是ΔABC 的( ) (A )内心 (B )外心 (C )重心 (D )垂心7.如图长方体中,AB=AD=23,CC 1=2,则二面角C 1—BD —C 的大小为( )(A )300 (B )450 (C )600 (D )9008.直线a,b,c 及平面α,β,γ,下列命题正确的是( )A.若a ⊂α,b ⊂α,c ⊥a, c ⊥b 则c ⊥αB.若b ⊂α, a//b 则 a//αC.若a//α,α∩β=b 则a//bD.若a ⊥α, b ⊥α 则a//b9. 已知正四棱柱1111ABCD A BC D -中 ,2AB =,1CC =E 为1CC 的中点,则直线1AC 与平面BED 的距离为( )A.2D.110. 设四面体的六条棱的长分别为1,1,1,1a 且长为aa 的取值范围是A.B.C.D.(1ACDA 1B 1C 1D 1二、填空题(本大题共5小题,每小题5分,共25分)11.已知直线a//平面α,平面α//平面β,则a 与β的位置关系为 . 12.已知直线a ⊥直线b, a//平面β,则b 与β的位置关系为 . 13如图,ABC 是直角三角形,∠ACB=︒90,PA ⊥平面ABC ,此图形中有 个直角三角形14.已知正方体1111ABCD A BC D -中,E 、F 分别为11BB CC 、的中点,那么异面直线AE 与1D F 所成角的余弦值为____________.14.α、β是两个不同的平面,m 、n 是平面α及β之外的两条不同直线, 给出四个论断:① m ⊥ n ②α⊥β ③ m ⊥β ④ n ⊥α以其中三个论断作为条件,余下一个论断作为结论,写出你认为 正确的一个命题:______________________________________.三、解答题(本大题共6小题,共75分)16.(12分)如图,在直三棱柱111ABC A B C -中,1111AB AC =,D E ,分别是棱1BC CC ,上的点(点D 不同于点C ),且AD DE F ⊥,为11B C 的中点. 求证:(Ⅰ)平面ADE ⊥平面11BCC B ; (Ⅱ)直线1//A F 平面ADE .17.(12分)如图,三棱柱ABC -A 1B 1C 1中,侧棱垂直底面,∠ACB=90°,AC=BC=12AA 1,D 是棱AA 1的中点(I)证明:平面BDC 1⊥平面BDC(Ⅱ)平面BDC 1分此棱柱为两部分,求这两部分体积的比.ABCPB 1C BADC 1A 118.(12分)如图6,在四棱锥P-ABCD 中,PA ⊥平面ABCD ,底面ABCD 是等腰梯形,AD ∥BC ,AC ⊥BD. (Ⅰ)证明:BD ⊥PC ;(Ⅱ)若AD=4,BC=2,直线PD 与平面PAC 所成的角为30°,求四棱锥P-ABCD 的体积.19.( 12分)如图5所示,在四棱锥中,平面,//AB CD ,PD AD =,E 是PB 的中点,F 是CD 上的点且12DF AB =,PH 为△PAD 中AD 边上的高.(Ⅰ)证明:PH ⊥平面ABCD ;(Ⅱ)若1PH =,AD =1FC =,求三棱 锥E BCF -的体积;(Ⅲ)证明:EF ⊥平面PAB .20.(13分)如图,PA ⊥平面ABC ,AE ⊥PB ,AB ⊥BC ,AF ⊥PC,PA=AB=BC=2 (Ⅰ)求证:平面AEF ⊥平面PBC ;(Ⅱ)求二面角P —BC —A 的大小;(Ⅲ)求三棱锥P —AEF 的体积.21.(14分)已知直三棱柱111ABC A B C -中,4AB =,3AC BC ==,D 为AB 的中点。
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1 2013年高一数学必修二立体几何测试题
一:选择题(4分10
⨯题)
1.下面四个条件中,能确定一个平面的条件是()
A. 空间任意三点
B.空间两条直线
C.空间两条平行直线
D.一条直线和一个点
2.
1
l,
2
l,
3
l是空间三条不同的直线,则下列命题正确的是( ).
A.
12
l l
⊥,
23
l l
⊥
13
//
l l
⇒B.
12
l l
⊥,
23
//
l l⇒
13
l l
⊥
C.
233
////
l l l⇒
1
l,
2
l,
3
l共面D.
1
l,
2
l,
3
l共点⇒
1
l,
2
l,
3
l共面3.已知m,n是两条不同的直线,,,
αβγ是三个不同的平面,下列命题中正确的是:A.若,
αγβγ
⊥⊥,则α∥βB.若,
m n
αα
⊥⊥,则m∥n C.若m∥α,n∥α,则m∥n D.若m∥α,m∥β,则α∥β
4.在四面体ABC
P-的四个面中,是直角三角形的面至多有()
A.0 个
B.1个
C. 3个 D .4个
5,下列命题中错误
..
的是
A.如果平面αβ
⊥平面,那么平面α内一定存在直线平行于平面βB.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
C.如果平面αγ
⊥平面,平面βγ
⊥平面,l=
β
αI,那么lγ
⊥平面D.如果平面αβ
⊥平面,那么平面α内所有直线都垂直于平面β
6.如图所示正方体
1
AC,下面结论错误的是()
A.
1
1
//D
CB
BD平面
B. BD
AC⊥
1
C.
1
1
1
D
CB
AC平面
⊥
D. 异面直线
1
CB
AD与角为︒
60
7.已知圆锥的全面积是底面积的3倍,那么该圆锥的侧面展开图扇形的圆心角是()
A. ︒
120 B. ︒
150 C. ︒
180 D. ︒
240
A
A 1
B 1
B
C
1
P
8.把正方形ABCD 沿对角线BD 折成直二面角后,下列命题正确的是( ) A. BC AB ⊥ B. BD AC ⊥ C. ABC CD 平面⊥ D. ACD ABC 平面平面⊥ 9某几何体的三视图如图所示,则该几何体的表面积为( )
.A 180 .B 200 .C 220 .D 240
10.如图所示点P 为三棱柱111C B A ABC -侧棱1AA 上一动点,若四棱锥11B BCC P -的体积为V ,则三棱柱111C B A ABC -的体积为( ) A .V 2 B. V 3 C.
34V D. 2
3V 二.填空题(5分4⨯题)
11.如图所示正方形''''C B A O 的边长为2cm , 它是一个水平放置的一个平面图形的直观图, 则原图形的周长是______, 面积是_________.
12.已知l m , 是直线,βα,是平面,给出下列命题正确的是________________.
(1)若l 垂直于α内的两条相交直线,则α⊥l (2)若l 平行于α,则l 平行于α内所有直线; (3) ;则且βαβα⊥⊥⊂⊂,,,m l l m (4) ;则且若βααβ⊥⊥⊂,,l l (5) αβα且,,⊂⊂l m //m ,则β//l .
13.三棱锥P-ABC 中,PA ,PB ,PC 两两垂直,PA=1,2=
=PC PB ,已知空间中有
一
个点到这四个点距离相等,则这个距离是 ___________.
14.一正方体内接于一个球,经过球心作一个截面,则截面的可能图形为________(只填写序号).
8
左视图
4
10
正(主)视图
323
俯视图
第10题
二.填空题:
11.__________ ____________ 12.______________________
13.________________________ 14._______________________
三.解答题
15.已知圆台的上下底面半径分别为2,6,且侧面面积等于两底面面积之和,求该圆台的母线长,侧面积及体积.
P-的三视图如下:
16. 已知四棱锥ABCD
P-的直观图
1)画出四棱锥ABCD
P-的体积;
2)求四棱锥ABCD
P-的表面积;
3求四棱锥ABCD
17.如图,已知O PA 圆⊥所在的平面,AB 是O 圆的直径,2=AB ,O C 是圆上的一点,且BC AC =,角所在的平面成与圆ο
45O PC ,PC E 是中点,PB F 为的中点.
(1)求证:EF //面ABC ; (2)求证:PAC EF 面⊥; (3)求三棱锥PAC B -的体积
18,如图,在三棱锥ABC S -中,平面⊥SAB 平面SBC ,BC AB ⊥,AB AS =,过A 作SB AF ⊥,垂足为F ,点G E ,分别是棱SC SA ,的中点.
求证:(1)平面//EFG 平面ABC ; (2)SA BC ⊥.
A B C
S
G F E
19. 如图1,在Rt ABC ∆中,90C ∠=o
,,D E 分别为
,AC AB 的中点,
点F 为线段CD 上的一点,将ADE ∆沿DE 折起到1A DE ∆的位置,使1A F CD ⊥,如图2。
(Ⅰ)求证://DE 平面1A CB ; (Ⅱ)求证:1A F BE ⊥;
(Ⅲ)线段1A B 上是否存在点Q ,使1A C ⊥平面DEQ ?说明理由。
图2
图1
F
高一立体几何测试答案
一:1-5;CBBDD 6-10;DCBDD
二:11._16cm_; 82
2cm ____12._1,4____13.
2
5
; 14. ①②③ 15.母线长为5,侧面积为40π,高为3,体积为52π.
16.(1)
(2)由直观图可知此空间几何体为四棱锥,由正视图可知高为2, 所以3
22)11(31=⨯⨯=
-ABCD P V (3)由题意可知是直角三角形,PCB PCD ∆∆, 由勾股定理逆定理可知是直角三角形,PAD PAB ∆∆,
所以.53)512
1
()5121()
212
1
()2121()11(+=⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯+⨯=++++=PAD PAB PCB PCD ABCD S S S S S S 表
3
2
2)2221(31)(31,2,2)3(.
,//,,;,,;
)2(.
//,,//)1.(17=
⨯⨯⨯=⨯=∴===-∴⊥⊥∴⊥∴=⊥∴⊂⊥⊥∴⊂⊄∆∆-BC S V PA BC AC PAC B BC PAC BC PAC EF EF BC PAC BC C CA BC BC PA ACB BC ACB PA CA BC O AB ABC EF ABC BC ABC EF BC EF EF PBC PAC PAC B 的高;是三棱锥面问知由第面又面面面的直径,是圆平面所以平面平面为中位线,所以中,证明:在ΘI ΘΘ
18.证:(1)SA BA =Q ,AF SB ⊥,SF BF ∴=,由题SE EA =,
//EF AB ∴,EF ⊄Q 平面ABC AB ⊂平面ABC ,//EF ∴平面ABC ,同理//EG 平面ABC ,EF Q 与EG 为平面EFG 内的两条相交直线,∴平面//EFG 平面ABC ,
(2)Q 平面⊥SAB 平面SBC 于SB ,AF ⊂平面SAB ,
AF ∴⊥平面SBC ,AF BC ∴⊥,
又BC AB ⊥且AB 与AF 为平面SAB 内的两条相交直线,BC SA ∴⊥。
19.(1)因为D,E 分别为AC,AB 的中点,所以DE ∥BC.又因为DE ⊄平面A 1CB,所以DE ∥平面A 1CB.
(2)由已知得AC ⊥BC 且DE ∥BC,所以DE ⊥AC.所以DE ⊥A 1D,DE ⊥CD.所以DE ⊥平面A 1DC.而A 1F ⊂平面A 1DC,
所以DE ⊥A 1F.又因为A 1F ⊥CD,所以A 1F ⊥平面BCDE.所以A 1F ⊥BE (3)线段A 1B 上存在点Q,使A 1C ⊥平面DEQ.理由如下:如图, 分别取A 1C,A 1B 的中点P,Q,则PQ ∥BC.
又因为DE ∥BC,所以DE ∥PQ.所以平面DEQ 即为平面DEP. 由(2)知DE ⊥平面A 1DC,所以DE ⊥A 1C. 又因为P 是等腰三角形DA 1C 底边A 1C 的中点,
所以A 1C ⊥DP,所以A 1C ⊥平面DEP,从而A 1C ⊥平面DEQ. 故线段A 1B 上存在点Q,使得A 1C ⊥平面DEQ.。