立体几何大题20道
立体几何经典大题(各个类型的典型题目)

1.如图,已知△ABC 是正三角形,EA ,CD 都垂直于平面ABC ,且EA =AB =2a ,DC =a ,F 是BE 的中点.(1)FD ∥平面ABC ;(2)AF ⊥平面EDB .2.已知线段PA ⊥矩形ABCD 所在平面,M 、N 分别是AB 、PC 的中点。
(1)求证:MN //平面PAD ; (2)当∠PDA =45°时,求证:MN ⊥平面PCD ;F CBAEDA B C D EF 3.如图,在四面体ABCD 中,CB=CD,BD AD ⊥,点E ,F 分别是AB,BD 的中点.求证: (1)直线EF// 面ACD ; (2)平面⊥EFC 面BCD .4.在斜三棱柱A 1B 1C 1—ABC 中,底面是等腰三角形,AB =AC ,侧面BB 1C 1C ⊥底面ABC (1)若D 是BC 的中点,求证 AD ⊥CC 1;(2)过侧面BB 1C 1C 的对角线BC 1的平面交侧棱于M ,若AM =MA 1, 求证 截面MBC 1⊥侧面BB 1C 1C ;(3)AM =MA 1是截面MBC 1⊥平面BB 1C 1C 的充要条件吗?请你叙述判断理由]立体几何大题训练(3)C15. 如图,在正方体ABCD —A 1B 1C 1D 1中,M 、N 、G 分别是A 1A ,D 1C ,AD 的中点. 求证:(1)MN//平面ABCD ; (2)MN ⊥平面B 1BG .6. 如图,在正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,E 、F 为棱AD 、AB 的中点. (1)求证:EF ∥平面CB 1D 1;(2)求证:平面CAA 1C 1⊥平面CB 1D 1.立体几何大题训练(4)7、如图,在直四棱柱ABCD-A 1B 1C 1D 1中,底面ABCD 为等腰梯形,AB ∥CD ,AB=4,BC=CD=2,AA 1=2,_ G_ M _ D_1_ C_1_ B_1_ A_1_ N_ D _ C_ B _ ABA 1FE、E1分别是棱AD、AA1的中点(1)设F是棱AB的中点,证明:直线EE1∥面FCC1;(2)证明:平面D1AC⊥面BB1C1C。
立体几何100题

立体几何100 题1. 如图,三角形中,,是边长为l 的正方形,平面底面,若分别是的中点.(1)求证:底面;(2)求几何体的体积.2.在三棱锥P ABC 中,PAC 和PBC 是边长为 2 的等边三角形,AB 2 ,O,D分别是AB, PB 的中点.(1)求证:OD / / 平面PAC ;(2)求证: OP 平面ABC ;(3)求三棱锥 D ABC 的体积.3.如图,在直三棱柱ABC A1B1C1 中,0BAC 90 ,AB AC 2 ,点M , N 分别为A1C1, AB1 的中点.(1)证明:MN / / 平面BBC C ;1 1(2)若CM MN ,求三棱锥M NAC 的体积..4.如图,在三棱柱中,平面,点是与的交点,点在线段上,平面.(1)求证:;(2)若, 求点到平面的距离.5 .如图,四棱锥P A B C中,底面ABCD 是直角梯形,1AB BC, AD / /BC, AB BC AD ,PAD 是正三角形, E 是PD 的中点.2(1)求证:AD PC ;(2)判定CE 是否平行于平面PAB ,请说明理由.6.如图,在四棱锥S ABCD 中,侧面SAD 底面ABCD ,SA SD ,AD / /BC ,AD 2BC 2CD ,M ,N 分别为AD ,SD的中点.(1)求证:SB/ / 平面CMN ;(2)求证:BD 平面SCM .7.如图,在矩形中,,平面,分别为的中点,点是上一个动点.(1) 当是中点时,求证: 平面平面;(2) 当时,求的值.8.如图,在正三棱柱A1B1C1 ABC 中,点D, E 分别是A1C,AB 的中点.求证:ED ∥平面B BC C1 1若A B 2BB 求证:A1B⊥平面B1CE.19.如图,在长方体ABCD A1B1C1D1 中,AB 2, AD 1, A1A 1.(1)证明直线B C 平行于平面D1AC ;1(2)求直线B C 到平面D1AC 的距离.110.如图所示,菱形ABCD 与正三角形BCE 所在平面互相垂直,FD 平面ABCD ,且AB ,FD 3 .2(1)求证:EF / / 平面ABCD ;(2)若C BA ,求几何体EFABCD 的体积.311.在直三棱柱ABC-A1B1C1 中,AB=AC,E 是BC的中点,求证:(Ⅰ)平面AB1E⊥平面B1BCC1;(Ⅱ)A1C// 平面AB1E.12.如图,在三棱柱中,平面,,,点为的中点.(1)证明:平面;(2)求三棱锥的体积.13.如图,在多面体中,四边形是正方形,在等腰梯形中,,,,为中点,平面平面.(1)证明:;(2)求三棱锥的体积.14.已知三棱锥,,,为的中点,平面,,,是中点,与所成的角为,且.(1)求证:;(2)求三棱锥的体积.15.在四棱锥中,平面平面,,是等边三角形,已知,,.(1)设是上一点,求证:平面平面.(2)求四棱锥的体积.16.如图,在四棱锥P ABCD中,PA底面A B C D,底面A B C D为菱形,ABC,PA PB1,E为PC的中点60.(1)求证:PA / / 平面BDE ;(2)求三棱锥P BDE 的体积.17.如图,在直三棱柱(侧棱与底面垂直的棱柱)ABC A1B1C1 中,点G 是AC 的中点.(1)求证:B1C / / 平面A1BG ;(2)若A B BC ,AC 2 AA1 ,求证:AC1 A1B.18.如图所示,四棱锥S ABCD 中,平面SAD 平面ABCD ,SA AD ,AD / /BC ,4SA BC AB 2 AD 4 .3(1)证明:在线段SC 上存在一点 E ,使得ED / / 平面SAB;(2)若AB AC ,在(1)的条件下,求三棱锥S AED 的体积.19.(本小题共12 分)如图,边长为 3 的正方形ABCD 所在平面与等腰直角三角形ABE 所在平面互相垂直,AE AB ,且EM 2MD ,AB 3AN .(Ⅰ)求证:MN / / 平面BEC ;(Ⅱ)求三棱锥 E BMC 的体积.20.如图,在四棱锥中,底面是边长为2的正方形,分别为的中点,平面底面.(1)求证:平面;(2)若,求三棱锥的体积.21.在直三棱柱ABC-A1B1C1中,AB=AC,E是BC的中点,求证:(Ⅰ)平面AB1E⊥平面B1BCC1;(Ⅱ)A1C//平面AB1E.22.如图1,四边形ABCD为等腰梯形,AB2,AD DC CB1,将ADC沿AC 折起,使得平面ADC平面ABC,E为AB的中点,连接DE,DB.(1)求证:BC AD;(2)求E到平面BCD的距离.23.如图,四棱锥中,底面为菱形,平面,为的中点.(Ⅰ)证明:平面;(Ⅱ)设,求三棱锥的体积.24.如图,在多面体中,四边形是正方形,在等腰梯形中,,,,为中点,平面平面.(1) 证明:;(2) 求三棱锥的体积.25.如图1,在矩形中,,,是的中点,将沿折起,得到如图 2 所示的四棱锥,其中平面平面.(1)证明:平面;(2)设为的中点,在线段上是否存在一点,使得平面,若存在,求出的值;若不存在,请说明理由.26.如图,在四棱锥P ABCD 中,ABC ACD 90 ,BAC CAD 60 ,PA 平面ABCD ,PA 2, AB 1. 设M ,N分别为PD, AD 的中点.(1)求证:平面CMN ∥平面PAB ;(2)求三棱锥P ABM 的体积.27.如图所示,在长方体ABCD A1B1C1D1中,底面ABCD是边长为1的正方形,AA12,P为棱B B上的一个动点.1(1)求三棱锥C PAA的体积;1(2)当A P PC取得最小值时,求证:1PD平面PAC.128.在三棱柱ABC A1B1C1中,已知侧棱CC1底面ABC,M为BC的中点,AC AB3,BC2,CC2.1(1)证明:B C平面AMC1;(2)求点A1到平面AMC1的距离.129.五边形ANB1C1C是由一个梯形ANB1B与一个矩形BB1C1C组成的,如图甲所示,B为AC的中点,A C CC12AN8.先沿着虚线BB1将五边形ANB1C1C折成直二面角A BB C,如图乙所示.1(Ⅰ)求证:平面BNC平面C B N;(Ⅱ)求图乙中的多面体的体积.1130.如图1,AFA1中,FA FA1,AA18,CF2,点B,C,D为线段AA1的四等分点,线段BE,CF,DG互相平行,现沿BE,CF,DG折叠得到图2所示的几何体,此几何体的底面ABCD为正方形.(1)证明:A,E,F,G四点共面;(2)求四棱锥B AEFG的体积.31.如图,三棱锥P ABC中,PC平面ABC,F,G,H分别是PC,AC,BC的中点,I是线段FG上的任意一点,PC AB2BC2,过点F作平行于底面ABC的平面DEF交AP于点D,交BP于点E.(1)求证:HI//平面ABD;(2)若AC BC,求点E到平面FGH的距离.32.如图,已知正方体的棱长为3,分别是棱、上的点,且.(1)证明:四点共面;(2)求几何体的体积.33 .如图,在四棱柱ABCD A1B1C1D1 中,已知平面AA1C1C 平面A B C D,且AB BC CA 3,AD CD 1.(1)求证:BD AA1 ;(2)若E 为棱BC 的中点,求证:AE / / 平面DCC1D1 .34.如图,在三棱柱ABC A1B1C1 中,底面ABC 是等边三角形,且AA1 平面ABC , D 为AB 的中点,( Ⅰ) 求证:直线B C1 / / 平面A1CD ;( Ⅱ) 若A B BB1 2,E 是B B1 的中点,求三棱锥A1 CDE 的体积;35.如图,将菱形沿对角线折叠,分别过,作所在平面的垂线,,垂足分别为,,四边形为菱形,且.(1)求证:平面;(2)若,求该几何体的体积.36.如图,在四棱锥P ABCD中,AD CD,PC平面ABCD.1PC AD CD AB2,AB//DC,2(1)求证:BC平面PAC;(2)若M为线段PA的中点,且过C,D,M三点的平面与线段PB交于点N,确定点N的位置,说明理由;并求三棱锥A CMN的高.37.如图,在四棱锥O ABCD中,底面ABCD是边长为2的正方形,侧棱OB底面ABCD,且侧棱OB的长是2,点E,F,G分别是AB,OD,BC的中点.(Ⅰ)证明:OD平面EFG;(Ⅱ)求三棱锥O EFG的体积.38.如图,多面体ABCDEF中,AD//BC,AB AD,FA平面ABCD,FA//DE,且AB AD AF2BC2DE2.(Ⅰ)M为线段EF中点,求证:CM//平面ABF;(Ⅱ)求多面体ABCDEF的体积.39.在如图所示的几何体中,四边形BB1C1C是矩形,BB1平面ABC,A1B1//AB,AB2A1B1,E是AC的中点.(1)求证:A1E//平面BB1C1C;(2)若AC BC,A B2BB,求证平面BEA1平面AA1C1.140.如图,四边形ABCD为梯形,AB CD,PD平面A B C D,BAD ADC90,DC2AB2a,DA3a,E为BC中点.(1)求证:平面PBC平面PDE;(2)线段PC上是否存在一点F,使PA平面BDF?若有,请找出具体位置,并进行证明:若无,请分析说明理由.41.已知四棱锥S ABCD中,底面ABCD是边长为2的菱形,BAD60,SA SD5,SB7,点E是棱AD的中点,点F在棱SC上,且S FSC,SA//平面BEF.(Ⅰ)求实数的值;(Ⅱ)求三棱锥F EBC的体积.42.在三棱柱ABC-A1B1C1中,AB=BC=CA=A1=A2,侧棱AA1⊥平面ABC,且D,E分别是棱A1B1,AA1的中点,点F在棱AB上,且AF=14 AB。
立体几何综合大题20道(理)

立体几何综合大题(理科)40道及答案1 、四棱锥P ABCD 中, PA ⊥底面ABCD , PA23 , BC CD 2 , ACB ACD .3( Ⅰ) 求证: BD ⊥平面PAC ;( Ⅱ) 若侧棱PC 上的点F 满足PF 7FC , 求三棱锥P BDF 的体积。
【答案】( Ⅰ) 证明: 因为BC=C,D即B C D为等腰三角形,又ACB ACD , 故BD AC . 因为PA 底面ABCD,所以PA BD , 从而BD 与平面PAC 内两条相交直线PA, AC 都垂直,故⊥平面。
BD PAC1 1 2( Ⅱ) 解: 3S BCD .BC CD sin BCD 2 2 sin2 2 31 1由PA 底面ABCD知VP BDC BCD3 2 3 2 .S PA3 31由PF 7FC,得三棱锥F BDC 的高为PA8,故:1V F BDC S BCD318PA133182 314V P V V BDF P BCD F BCD214742、如图,四棱锥P ABCD中,四边形ABCD 为矩形,PAD 为等腰三角形,APD 90 ,平面PAD 平面ABCD,且A B1,A D 2 ,E, F 分别为PC 和BD 的中点.(Ⅰ)证明:EF平面PAD;(Ⅱ)证明:平面PDC平面PAD;(Ⅲ)求四棱锥P ABCD的体积.PEDCOFAB【答案】(Ⅰ)证明:如图,连结AC.∵四边形ABCD为矩形且F是BD的中点.∴F也是AC的中点.又E是PC的中点,EF AP∵EF平面PAD,PA平面PAD,所以EF平面PAD;(Ⅱ)证明:∵平面PAD平面ABCD,CD AD,平面PAD平面ABCD AD,所以平面CD平面PAD,又PA平面PAD,所以PA CD又PA PD,PD,CD是相交直线,所以PA面PCD又PA平面PAD,平面PDC平面PAD;(Ⅲ)取AD中点为O.连结PO,PAD为等腰直角三角形,所以PO AD,因为面PAD面ABCD且面PAD面ABCD AD,所以,PO面ABCD,即PO为四棱锥P ABCD的高.由AD2得PO1.又AB1.∴四棱锥P ABCD的体积12 V PO AB AD33考点:空间中线面的位置关系、空间几何体的体积.3、如图,在四棱锥P ABCD 中,PD 平面ABCD ,CD PA,DB平分ADC ,E为PC的中点,DAC 45 ,AC 2 .(Ⅰ)证明:PA ∥平面BDE ;(Ⅱ)若PD 2, BD 2 2, 求四棱锥 E ABCD 的体积【答案】(Ⅰ)设AC BD F ,连接EF,PD 平面ABCD,CD 平面ABCD ,PD CD又CD PA,PD PA P,PD,PA 平面PADCD 平面PAD,AD 平面PAD CD AD∵DAC 45 ,∴DA DC ,∵DB 平分ADC , F 为AC 中点,E 为PC 中点,∴EF 为CPA 的中位线.∵EF ∥PA, EF 平面BDE ,PA 平面BDE∴PA ∥平面BDE .( Ⅱ) 底面四边形ABCD的面积记为S;.1 2 1 3S S ADC S 2 2 2 2ABC2 2 2 2点E PC为线段的中点,1 1 1 1 2V S PD 2 2 .E ABCD3 2 3 2 3考点:1. 线面平行的证明; 2. 空间几何体的体积计算.4、如图,在四棱锥中,底面为菱形,其中,P ABCD ABCD PA PD AD 2BAD 60 ,Q 为AD 的中点.(1) 求证:AD 平面PQB;(2) 若平面PAD 平面ABCD , 且M 为PC 的中点,求四棱锥M ABCD 的体积.【答案】(1)PA PD ,Q 为中点,AD PQ连DB ,在ADB 中,AD AB ,,BAD 60Q ADABD 为等边三角形,为的中点,AD BQ ,PQ BQ Q , PQ 平面PQB , BQ 平面PQB ,AD 平面PQB .(2)连接QC , 作MH QC 于H .PQ AD , PQ 平面PAD ,平面PAD 平面ABCD AD ,平面PAD 平面ABCD,PQ 平面ABCD ,QC 平面ABCD ,PQ QCPQ / /MH .MH 平面ABCD ,又 1PM PC ,21 1 3 3 MH PQ2 .2 2 2 2在菱形ABCD中,BD 2,1S AB AD ABD2sin 601 3= 2 2 = 32 2,S菱形2S ABD 2 3 .ABCDVM ABCD 13S菱形MHABCD1 32 33 21.5 、如图,E 是矩形ABCD 中AD 边上的点, F 为CD 边的中点,2AB AE AD ABE BE PBE PBE4,现将沿边折至位置,且平面平面 3 BCDE .PBE PEF ⑴求证:平面平面;P BEFC⑵求四棱锥的体积.PEA D EDFFB C B C(1) (2)【答案】(1) 证明:由题可知,ED DFDEF中DEFED DFAE ABABE中AEBAE AB4545EF BE平面ABE 平面BCDE平面ABE 平面BCDE BE EF 平面PBE EF BE 平面平面PBE PEFEF PEF平面1 1(2) S S S S 6 4 4 4 2 2 14 ,则BEFC ABCD ABE DEF2 21 1 28 2.V S h 14 2 2BEFC3 3 36、已知四棱锥P ABCD 中,PD 平面ABCD, ABCD 是正方形,E是PA 的中点,PEA BD C(1) 若PD AD ,求PC与面AC所成的角(2) 求证:PC // 平面EBD(3) 求证:平面PBC⊥平面PCD【答案】(1) PD 平面ABCD ,DC 是直线PC 在平面ABCD 上的射影,PCD 是直线PC 和平面ABCD 所成的角。
立体几何综合大题20道(理)

立体几何综合大题(理科)40道及答案1 、四棱锥P ABCD 中, PA ⊥底面ABCD , PA23 , BC CD 2 , ACB ACD .3( Ⅰ) 求证: BD ⊥平面PAC ;( Ⅱ) 若侧棱PC 上的点F 满足PF 7FC , 求三棱锥P BDF 的体积。
【答案】( Ⅰ) 证明: 因为BC=C,D即B C D为等腰三角形,又ACB ACD , 故BD AC . 因为PA 底面ABCD,所以PA BD , 从而BD 与平面PAC 内两条相交直线PA, AC 都垂直,故⊥平面。
BD PAC1 1 2( Ⅱ) 解: 3S BCD .BC CD sin BCD 2 2 sin2 2 31 1由PA 底面ABCD知VP BDC BCD3 2 3 2 .S PA3 31由PF 7FC,得三棱锥F BDC 的高为PA8,故:1V F BDC S BCD318PA133182 314V P V V BDF P BCD F BCD214742、如图,四棱锥P ABCD中,四边形ABCD 为矩形,PAD 为等腰三角形,APD 90 ,平面PAD 平面ABCD,且A B1,A D 2 ,E, F 分别为PC 和BD 的中点.(Ⅰ)证明:EF平面PAD;(Ⅱ)证明:平面PDC平面PAD;(Ⅲ)求四棱锥P ABCD的体积.PEDCOFAB【答案】(Ⅰ)证明:如图,连结AC.∵四边形ABCD为矩形且F是BD的中点.∴F也是AC的中点.又E是PC的中点,EF AP∵EF平面PAD,PA平面PAD,所以EF平面PAD;(Ⅱ)证明:∵平面PAD平面ABCD,CD AD,平面PAD平面ABCD AD,所以平面CD平面PAD,又PA平面PAD,所以PA CD又PA PD,PD,CD是相交直线,所以PA面PCD又PA平面PAD,平面PDC平面PAD;(Ⅲ)取AD中点为O.连结PO,PAD为等腰直角三角形,所以PO AD,因为面PAD面ABCD且面PAD面ABCD AD,所以,PO面ABCD,即PO为四棱锥P ABCD的高.由AD2得PO1.又AB1.∴四棱锥P ABCD的体积12 V PO AB AD33考点:空间中线面的位置关系、空间几何体的体积.3、如图,在四棱锥P ABCD 中,PD 平面ABCD ,CD PA,DB平分ADC ,E为PC的中点,DAC 45 ,AC 2 .(Ⅰ)证明:PA ∥平面BDE ;(Ⅱ)若PD 2, BD 2 2, 求四棱锥 E ABCD 的体积【答案】(Ⅰ)设AC BD F ,连接EF,PD 平面ABCD,CD 平面ABCD ,PD CD又CD PA,PD PA P,PD,PA 平面PADCD 平面PAD,AD 平面PAD CD AD∵DAC 45 ,∴DA DC ,∵DB 平分ADC , F 为AC 中点,E 为PC 中点,∴EF 为CPA 的中位线.∵EF ∥PA, EF 平面BDE ,PA 平面BDE∴PA ∥平面BDE .( Ⅱ) 底面四边形ABCD的面积记为S;.1 2 1 3S S ADC S 2 2 2 2ABC2 2 2 2点E PC为线段的中点,1 1 1 1 2V S PD 2 2 .E ABCD3 2 3 2 3考点:1. 线面平行的证明; 2. 空间几何体的体积计算.4、如图,在四棱锥中,底面为菱形,其中,P ABCD ABCD PA PD AD 2BAD 60 ,Q 为AD 的中点.(1) 求证:AD 平面PQB;(2) 若平面PAD 平面ABCD , 且M 为PC 的中点,求四棱锥M ABCD 的体积.【答案】(1)PA PD ,Q 为中点,AD PQ连DB ,在ADB 中,AD AB ,,BAD 60Q ADABD 为等边三角形,为的中点,AD BQ ,PQ BQ Q , PQ 平面PQB , BQ 平面PQB ,AD 平面PQB .(2)连接QC , 作MH QC 于H .PQ AD , PQ 平面PAD ,平面PAD 平面ABCD AD ,平面PAD 平面ABCD,PQ 平面ABCD ,QC 平面ABCD ,PQ QCPQ / /MH .MH 平面ABCD ,又 1PM PC ,21 1 3 3 MH PQ2 .2 2 2 2在菱形ABCD中,BD 2,1S AB AD ABD2sin 601 3= 2 2 = 32 2,S菱形2S ABD 2 3 .ABCDVM ABCD 13S菱形MHABCD1 32 33 21.5 、如图,E 是矩形ABCD 中AD 边上的点, F 为CD 边的中点,2AB AE AD ABE BE PBE PBE4,现将沿边折至位置,且平面平面 3 BCDE .PBE PEF ⑴求证:平面平面;P BEFC⑵求四棱锥的体积.PEA D EDFFB C B C(1) (2)【答案】(1) 证明:由题可知,ED DFDEF中DEFED DFAE ABABE中AEBAE AB4545EF BE平面ABE 平面BCDE平面ABE 平面BCDE BE EF 平面PBE EF BE 平面平面PBE PEFEF PEF平面1 1(2) S S S S 6 4 4 4 2 2 14 ,则BEFC ABCD ABE DEF2 21 1 28 2.V S h 14 2 2BEFC3 3 36、已知四棱锥P ABCD 中,PD 平面ABCD, ABCD 是正方形,E是PA 的中点,PEA BD C(1) 若PD AD ,求PC与面AC所成的角(2) 求证:PC // 平面EBD(3) 求证:平面PBC⊥平面PCD【答案】(1) PD 平面ABCD ,DC 是直线PC 在平面ABCD 上的射影,PCD 是直线PC 和平面ABCD 所成的角。
(完整版)高考立体几何大题及答案(理)

故AD=AF。又AD⊥AF,所以四边形ADEF为正方形。
因为BC⊥AF,BC⊥AD,AF∩AD=A,故BC⊥平面DEF,因此平面BCD⊥平面DEF。
连接AE、DF,设AE∩DF=H,则EH⊥DF,EH⊥平面BCD。
连接CH,则∠ECH为 与平面BCD所成的角。
因ADEF为正方形,AD= ,故EH=1,又EC= =2,
(II)设线段 、 的中点分别为 、 ,
求证: ∥
(III)求二面角 的大小。
10.如题(18)图,在五面体 中, ∥ , , ,四边形 为平行四边形, 平面 , .求:
(Ⅰ)直线 到平面 的距离;
(Ⅱ)二面角 的平面角的正切值.
11.如图,四棱锥PABCD中,底面ABCD为平行四边形,∠DAB=60°,AB=2AD,PD⊥底面ABCD.
(Ⅱ)设平面BCD的法向量 则
又 =(-1,1,0),
=(-1,0,c),故
令x=1,则y=1,z= , =(1,1, ).
又平面 的法向量 =(0,1,0)
由二面角 为60°知, =60°,
故 °,求得
于是 ,
,
°
所以 与平面 所成的角为30°
3、(Ⅰ)证明:连接 ,在 中, 分别是 的中点,所以 ,又 ,所以 ,又 平面ACD,DC 平面ACD,所以 平面ACD
(1)证明:PA⊥BD;
(2)设PD=AD,求二面角A-PB-C的余弦值.
12(本小题满分12分)
如图,已知四棱锥P-ABCD的底面为等腰梯形,AB CD,AC BD,垂足为H,
PH是四棱锥的高,E为AD中点
(1)证明:PE BC
(2)若 APB= ADB=60°,求直线PA与平面PEH所成角的正弦值
立体几何大题综合(含答案)

立体几何大题综合1.(2022秋·广东江门·高二台山市第一中学校考期中)如图,在正方体1111ABCD A B C D -中,E 为1BB 的中点.(1)求证:1BC ⊥平面1ACD ;(2)求直线1D C 与平面1AD E 所成角的余弦值.2.(2022秋·广东清远·高二校联考期中)如图,在棱长为a 的正方体OABC O A B C ''''-中,,E F 分别是棱,AB BC 上的动点,且BE CF =.(1)求证:A F C E ''⊥;(2)当三棱锥B BEF '-的体积取得最大值时,求平面EFB '与平面BFB '的夹角的正切值.3.(2022秋·广东肇庆·高二校考期中)如图在棱长为1的正方体1111ABCD A B C D -中,E 为11A B 的中点,F 为AB 的中点,H 为1DD 的中点,K 为1BB 的中点.(1)求直线1A H 到直线KC 的距离;(2)求直线FC 到平面1AEC 的距离.4.(2022秋·广东江门·高二校考期中)如图,在四棱锥P -ABCD 中,PD ⊥底面ABCD ,底面ABCD 是边长为2的正方形,PD CD =,F ,G 分别是PB ,AD 的中点.(1)求证:FG //平面PCD ;(2)求点C 到平面PGB 的距离.5.(2022秋·广东清远·高二校联考期中)如图,在四棱锥P ABCD -中,底面ABCD 为矩形,AB ⊥平面PAD ,E 是AD 的中点,PAD 为等腰直角三角形,DP AP ⊥,2PA AB ==2(1)求证:PE BD ⊥;(2)求点A 到平面PBE 的距离.6.(2022秋·广东江门·高二新会陈经纶中学校考期中)如图,在直角梯形ABCD 中,,=90,AD BC ADC AE ∠︒⊥∥平面ABCD ,EF CD ∥,112BC CD AE EF AD =====.(1)求证:BE AF ⊥;(2)在线段BC 上是否存在点M ,使平面EMD 与平面AMD 的夹角的大小为π3若存在,求出CM 的长;若不存在,请说明理由.7.(2022秋·广东江门·高二台山市第一中学校考期中)如图,边长为1的正方形ABCD 所在平面与正方形ABEF 所在平面互相垂直,动点M 、N 分别在正方形对角线AC 和BF 上移动,且(0CM BN a a ==<<.(1)求证MN 与平面BCE 平行;(2)当a =A MN B --的余弦值.8.(2022秋·广东肇庆·高二肇庆市端州中学校考期中)如图在四棱锥P ABCD -中,侧面PAD ⊥底面ABCD ,侧棱PA PD ==ABCD 为直角梯形,其中BC AD ∥,AB AD ⊥,222AD AB BC ===,O 为AD 的中点.(1)求证:PO ⊥平面ABCD ;(2)求二面角C PD A --的正弦值.9.(2022秋·广东江门·高二江门市第二中学校考期中)如图,已知PA ⊥平面ABCD ,底面ABCD 为矩形,2,,PA AD AB M N ===分别为,AB PC 的中点.(1)求证:MN 平面PAD ;(2)求平面PMC 与平面PAD 的夹角的余弦值.10.(2022秋·广东阳江·高二校联考期中)图1是直角梯形ABCD ,//AB DC ,90,2,3,2D AB DC AD CE ED ︒∠====.以BE 为折痕将BCE 折起,使点C 到达C 1的位置,且1AC = 2.(1)证明:平面1BC E ⊥平面ABED ;(2)求直线1BC 与平面1AC D 所成角的正弦值.11.(2022秋·广东深圳·高二深圳外国语学校校考期中)如图所示,在四棱锥P ABCD -中,底面ABCD 为正方形,E 为侧棱PC的中点.(1)设经过A 、B 、E 三点的平面交PD 于F ,证明:F 为PD 的中点;(2)若PA ⊥底面ABCD ,且2PA AD ==,求点P 到平面ABE 的距离.12.(2022秋·广东阳江·高二校联考期中)如图,在四棱柱ABCD -A 1B 1C 1D 1中,四边形ABCD 是一个边长为2的菱形,∠DAB =60°.侧棱DD 1⊥平面ABCD ,DD 1=3.(1)求二面角B -D 1C -D 的平面角的余弦值;(2)设E 是D 1B 的中点,在线段D 1C 上是否存在一点P ,使得AE ∥平面PDB ?若存在,请求出11D P D C的值;若不存在,请说明理由.13.(2022秋·广东茂名·高二统考期中)在直四棱柱1111ABCD A B C D -中,四边形ABCD 为平行四边形,M为1AA 的中点,1BC BD ==,1AB AA ==(1)求证:DM ⊥平面1BDC ;(2)求平面1MBC 与平面1D B C 夹角的余弦值.14.(2022秋·广东揭阳·高二惠来县第一中学校考期中)已知四棱锥P ABCD -中,底面ABCD 是矩形,且2=AD AB ,PAD 是正三角形,CD ⊥平面PAD ,E 、F 、G 、O 分别是PC 、PD 、BC 、AD 的中点.(1)求平面EFG 与平面ABCD 所成角的大小;(2)线段PA 上是否存在点M ,使得直线GM 与平面EFG 所成角的大小为π6,若存在,求出PM PA的值;若不存在,说明理由.15.(2022秋·广东佛山·高二顺德一中校考期中)如图,在直棱柱1111ABCD A B C D -中,底面ABCD 是边长为4的菱形,60BAD ∠= ,14AA =,P 是1AD 上的动点(不含端点).(1)当P 为1AD 的中点时,求直线AD 到平面PBC 的距离;(2)求直线1AD 和平面BCP 所成角的正弦值的取值范围.16.(2022秋·广东佛山·高二顺德一中校考期中)如图,在直角梯形ABED 中,//BE AD ,DE AD ⊥,BC AD ⊥,4AB =,BC =BE =.将矩形BEDC 沿BC 翻折,使得平面ABC ⊥平面BCDE .(1)求DB 与平面ADE 所成角的正弦值.(2)求平面ADE 与平面ABC 所成的锐二面角的余弦值.17.(2022秋·广东珠海·高二珠海市第二中学校考期中)如图1,在MBC 中,24BM BC BM BC ==⊥,,,A D 分别为棱,BM MC 的中点,将△MAD 沿AD 折起到PAD 的位置,使90PAB ∠=︒,如图2,连接,PB PC .(1)求证:平面PAD ⊥平面ABCD ;(2)若E 为PC 中点,求直线DE 与平面PBD 所成角的正弦值;(3)线段PC 上是否存在一点G ,使二面角G AD P --求出PG PC 的值;若不存在,请说明理由.18.(2022秋·广东广州·高二广州市第八十九中学校考期中)如图,已知梯形ABCD ,AB //CD ,,120AD DC BC ADC ︒==∠=,四边形ACFE 为正方形,且平面ACFE ⊥平面ABCD .(1)求证:BC ⊥平面ACFE ;(2)点M 在线段EF 上运动,求平面MAB 与平面ADE 夹角余弦值的取值范围.19.(2022秋·广东东莞·高二校考期中)如图,在长方体ABCD-A 1B 1C 1D 1中,E ,M 分别是BC ,AE 的中点,AD=AA 1=1,AB=2.(1)试问在线段CD 1上是否存在一点N ,使MN ∥平面ADD 1A 1?若存在,确定N 的位置;若不存在,请说明理由;(2)在(1)中,当MN ∥平面ADD 1A 1时,试确定直线BB 1与平面DMN 的交点F 的位置,并求BF 的长.20.(2022秋·广东湛江·高二湛江二十一中校考期中)如图,在长方体1111ABCD A B C D -中,11AD AA ==,2AB =,点E 在棱AB 上移动.(1)证明:11D E A D ⊥;(2)求平面1ACD 的法向量.(3)当E 为AB 的中点时,求点E 到面1ACD 的距离.21.(2022秋·广东广州·高二统考期中)如图,在四棱锥P —ABCD 中,PA ⊥平面ABCD ,底面ABCD 是边长为2的正方形,PA =,G 为CD 的中点,E ,F 是棱PD 上两点(F 在E 的上方),且2EF =.(1)若BF //平面AEG ,求DE ;(2)当点F 到平面AEC 的距离取得最大值时,求直线AG 与平面AEC 所成角的正弦值.22.(2022秋·广东广州·高二校联考期中)在多面体ABCDEF 中,平面ABCD 为正方形,2AB =,3AE =,DE =E AD C --//EF BD .(1)证明:平面ABCD ⊥平面DCE ;(2)若()0EF DB λλ=> ,求平面ABF 与平面CEF 所成锐二面角的余弦值的取值范围.23.(2022秋·广东佛山·高二佛山市顺德区容山中学校考期中)如图,圆柱的轴截面ABCD 为正方形,点E 在底面圆周上,且,BE CE M =为AE 上的一点,且,BM AC N ⊥为线段AC 上一动点(不与,A C 重合)(1)若2AN NC =,设平面BMN ⋂面BEC l =,求证://MN l ;(2)当平面BMN 与平面DEC 夹角为π3,试确定N 点的位置.24.(2022秋·广东肇庆·高二肇庆市端州中学校考期中)如图,四棱锥P ABCD -的底面为菱形,,23ABC AB AP π∠===,PA ⊥底面ABCD ,,E F 分别是线段,PB PD 的中点,G 是线段PC 上的一点.(1)若G 是直线PC 与平面AEF 的交点,试确定PG CG的值;(2)若直线AG 与平面AEF 所成角的正弦值为35,求三棱锥P EFG -体积.25.(2022秋·广东江门·高二校考期中)如图甲,在矩形ABCD 中,2AB AD E ==为线段DC 的中点,ADE V 沿直线AE 折起,使得DC .(1)求证:BE ⊥平面ADE ;(2)线段AB 上是否存在一点H ,使得平面ADE 与平面DHC 所成的角为π4若不存在,说明理由;若存在,求出H 点的位置.26.(2022秋·广东惠州·高二统考期中)如图,在四棱锥P ABMN -中,PNM △是边长为2的正三角形,AN NP ⊥,AN BM ∥,3AN =,1BM =,AB =C ,D 分别是线段AB ,NP 的中点.(1)求证:平面ANMB ⊥平面NMP ;(2)求直线CD 与平面ABP 所成角的正弦值.27.(2022秋·广东广州·高二校联考期中)如图,在四棱锥P ABCD -中,平面PAD ⊥平面,2,4,ABCD PA AD BD AB ====,BD 是ADC ∠的平分线,且BD BC ⊥.(1)若点E 为棱PC 的中点,证明:BE 平面PAD ;(2)已知二面角P AB D --的大小为60 ,求平面PBD 和平面PCD 的夹角的余弦值.28.(2022秋·广东珠海·高二珠海市斗门区第一中学校考期中)如图,等腰直角△ACD 的斜边AC 为直角△ABC 的直角边,E 是AC 的中点,F 在BC 上.将三角形ACD 沿AC 翻折,分别连接DE ,DF ,EF ,使得平面DEF ⊥平面ABC .已知2AC =,30B ∠=︒,(1)证明:EF ∥平面ABD ;(2)若DF =A BC D --的余弦值.29.(2022秋·广东阳江·高二统考期中)如图,在四面体ABCD 中,ABC 是正三角形,ACD 是直角三角形,ABD CBD ∠=∠,AB =BD .(1)求证:平面ACD ⊥平面ABC ;(2)若DE mDB = ,二面角D AE C --的余弦值为17,求m .30.(2022春·广东广州·高二执信中学校考期中)已知△ABC 是边长为6的等边三角形,点M ,N 分别是边AB ,AC 的三等分点,且13AM AB =,13CN CA =,沿MN 将△AMN 折起到A MN '△的位置,使90A MB '∠=︒.(1)求证:A M '⊥平面MBCN ;(2)在线段BC 上是否存在点D ,使平面A ND '与平面A MB '所成锐二面角的余弦值为13若存在,设()0BD BC λλ=> ,求λ的值;若不存在,说明理由.立体几何大题综合答案1.(2022秋·广东江门·高二台山市第一中学校考期中)如图,在正方体1111ABCD A B C D -中,E 为1BB 的中点.(1)求证:1BC ⊥平面1ACD ;(2)求直线1D C 与平面1AD E 所成角的余弦值.(2)以AD 方向为x 轴正方向,妨设正方体边长为1,则()0,0,0A 面1AD E 的法向量为(),,n x y z = ,则设直线1D C 与平面1AD E 所成角为2.(2022秋·广东清远·高二校联考期中)如图,在棱长为a 的正方体OABC O A B C ''''-中,,E F 分别是棱,AB BC 上的动点,且BE CF =.(1)求证:A F C E ''⊥;(2)当三棱锥B BEF '-的体积取得最大值时,求平面EFB '与平面BFB '的夹角的正切值.则()()()0,0,0,1,0,0,0,1,0,C O B B (,1,0),(0,,0)E m F m ,(1,A F '=- 则(1)(1)11A F C E m m ''⋅=-+-⨯+ ∴A F C E ''⊥ ,故A F C E ''⊥.(2)由(1)知1BB '=,而B BEF V '-故当S 取到最大值时,三棱锥111111的中点,F 为AB的中点,H为1DD的中点,K为1BB的中点.(1)求直线1A H到直线KC的距离;(2)求直线FC到平面1AEC的距离.【详解】(1)长为2的正方形,PD CD =,F ,G 分别是PB ,AD 的中点.(1)求证:FG //平面PCD ;(2)求点C 到平面PGB 的距离.【详解】(1)以D 为原点,DA ,DC ,DP 所在直线分别为x 轴,y 轴,z 轴建立空间直角坐标系,则(1,0,0),(0,0,2),(2,0,0),(2,2,0),(0,2,0),(1,1,1),G P A B C F 明显面PCD 的一个法向量为()1,0,0n =r ,又()0,1,1GF = ,()()1,0,00,1,10n GF ∴⋅=⋅= ,GF n ∴⊥ ,又GF ⊄面PCD ,//GF ∴面PCD ;(2)(1,0,2),(2,2,2)PG PB =-=- ,设平面PGB 的一个法向量为(,,)m a b c = ,00m PB m PG ⎧⋅=⎪∴⎨⋅=⎪⎩ ,即222020a b c a c +-=⎧⎨-=⎩,令1c =,则2,1a b ==-所以平面PGB 的一个法向量为(2,1,1)m =- ,又()2,0,0CB = ,所以点C 到平面PGB 的距离4263||411CB m d m ⋅===++ 5.(2022秋·广东清远·高二校联考期中)如图,在四棱锥P ABCD -中,底面ABCD 为矩形,AB ⊥平面PAD ,E 是AD 的中点,PAD 为等腰直角三角形,DP AP ⊥,2PA AB ==2(1)求证:PE BD ⊥;(2)求点A 到平面PBE 的距离.【详解】(1)∵AB ⊥平面PAD ,PE ⊂平面PAD ,∴PE AB ⊥,又∵PAD 是等腰直角三角形,E 是斜边AD 的中点,∴PE AD ⊥,又∵AD ⊂平面ABCD ,AB ⊂平面ABCD ,AB AD A ⋂=,∴PE ⊥平面ABCD又∵BD ⊂平面ABCD ,∴PE BD ⊥;因为22PA AB ==,则()000E ,,,(0,1,1)B ,()010A ,,则(0,1,1)EB = ,(1,0,0)EP = ,PA 设平面PBE 的一个法向量为(n = 00EB n y z EP n x ⎧⋅=+=⎪⎨⋅==⎪⎩ ,取1y =,则z 设点A 到平面PBE 的距离为h ,则∴点A 到平面PBE 的距离为226.(2022秋·广东江门·高二新会陈经纶中学校考期中)如图,在直角梯形,=90,AD BC ADC AE ∠︒⊥∥平面ABCD ,EF CD ∥,112BC CD AE EF AD =====.(1)求证:BE AF ⊥;(2)在线段BC 上是否存在点M ,使平面EMD 与平面AMD 的夹角的大小为π3若存在,求出CM 的长;若不存在,请说明理由.【详解】(1)如图,作,FG EA AG EF ,连接EG ,AF ,BG ,∵EF CD ∥且EF AG ∥,AG CD ∴ ,即点G 在平面ABCD 内,所以四边形CDAG 为平行四边形,四边形AEFG 为平行四边形.又90ADC ∠=︒,BG AG ∴⊥,因为⊥AE 平面ABCD ,BG ⊂平面ABCD ,所以AE BG ⊥,又因为AG AE A = ,,AG AE ⊂平面AEFG ,∴BG ⊥平面AEFG ,因为AF ⊂平面AEFG ,BG AF ∴⊥.AE AG ⊥ ,所以平行四边形AEFG 为矩形,又因为AE EF =,所以矩形AEFG 为正方形,所以AF EG ⊥,又因为BG EG G = ,,BG EG ⊂平面BGE ,所以AF ⊥平面BGE ,因为BE ⊂平面BGE ,所以AF BE ⊥.(2)由(1)知AG ,AD ,AE 为三条两两互相垂直的直线,所以以A 为原点,AG 为x 轴,AD 为y 轴,AE 为z 轴建立空间直角坐标系A xyz -,如图,则(0,0,0),(1,0,0),(0,0,1),(0,2,0)A G E D ,设()001,,0,[1,2]M y y ∈,∴(0,2,1)ED =- ,()01,2,0DM y =- ,设平面EMD 的法向量为(,,)n x y z = ,则00n ED n DM ⎧⋅=⎪⎨⋅=⎪⎩,即()02020y z x y y -=⎧⎨+-=⎩,令1y =,得02,2z x y ==-,所以平面EMD 的法向量为()02,1,2n y =- ,又⊥AE 平面ABCD ,即⊥AE 平面AMD ,ABEF 所在平面互相垂直,动点M 、N 分别在正方形对角线AC 和BF 上移动,且(0CM BN a a ==<<.(1)求证MN 与平面BCE 平行;(2)当a =A MN B --的余弦值.8.(2022秋·广东肇庆·高二肇庆市端州中学校考期中)侧棱2PA PD ==,底面ABCD 为直角梯形,其中BC AD ∥,AB AD ⊥,222AD AB BC ===,O 为AD 的中点.(1)求证:PO ⊥平面ABCD ;(2)求二面角C PD A --的正弦值.【详解】(1)PA PD = ,O 为AD 的中点,PO AD ∴⊥,侧面PAD ⊥底面ABCD ,侧面PAD ⋂底面ABCD AD =,PO ⊂平面PAD ,PO ∴⊥平面ABCD ;(2) 底面ABCD 为直角梯形,其中BC AD ∥,AB AD ⊥,222AD AB BC ===,OC AD ∴⊥,又PO ⊥平面ABCD ,∴以O 为原点,OC 所在直线为x 轴,OD 所在直线为y 轴,OP 所在直线为z 轴,建立空间直角坐标系,易得平面PAD 的法向量(1,0,0m =设平面PCD 的法向量(,,n x y z = 设二面角C PD A --夹角为θ,则1cos 3m n m n θ⋅==⋅ ,则sin θ2,,PA AD AB M N ===分别为,AB PC 的中点.(1)求证:MN 平面PAD ;(2)求平面PMC 与平面PAD 的夹角的余弦值.(2)由题意,可构建如下图示的空间直角坐标系,令2x =,故(2,1,1)m =- ,又(1,0,0)n = 是面PAD 的一个法向量,所以26cos ,3||||6m n m n m n ⋅<>=== 故平面PMC 与平面PAD 的夹角的余弦值10.(2022秋·广东阳江·高二校联考期中)图90,2,3,2D AB DCAD CE ED ︒∠====.以BE 为折痕将BCE 折起,使点C 到达C 1的位置,且1AC = 2.(1)证明:平面1BC E ⊥平面ABED ;(2)求直线1BC 与平面1AC D 所成角的正弦值.(2)如图②,以D 为坐标原点,DA ,DE 的方向分别为空间直角坐标系.D xyz -则(0,0,0),(3,0,0),(3,2,0),(0,1,0)D A BE ,F 33(,,0)22,133(,,3)22C ,31(,,3)BC =-- ()3,0,0DA = ,DC = 正方形,E 为侧棱PC 的中点.(1)设经过A 、B 、E 三点的平面交PD 于F ,证明:F 为PD 的中点;(2)若PA ⊥底面ABCD ,且2PA AD ==,求点P 到平面ABE 的距离.【详解】(1)因为底面ABCD 为矩形,所以//AB CD .又AB ⊄平面PCD ,且CD ⊂平面PCD ,所以//AB 平面PCD .又AB ⊂平面ABE ,且平面ABE ⋂平面PCD EF =,所以//AB EF .又因为//AB CD ,所以//CD EF因为E 为PC 的中点,所以F 为PD 的中点.(2)如图所示,以A 为原点,,,AB AD AP 所在的直线分别为x 轴、y 轴、z 轴,建立如图所示的空间直角坐标系.则(2,0,0),(2,2,0),(0,0,2),(1,1,1)B C P E ,设(,,)n x y z = 是平面ABE 的法向量,则0,0n AE n AB ⋅=⋅= ,即200x x y z =⎧⎨++=⎩令1y =,则平面ABE 的一个法向量为(0,1,1)n =- 又因为(0,0,2)AP = ,所以点P 到平面ABE 的距离为222|||00+01+21|2||011AP n n ⋅⨯⨯⨯==++ (-),即点P 到平面ABE 的距离为2.12.(2022秋·广东阳江·高二校联考期中)如图,在四棱柱ABCD -A 1B 1C 1D 1中,四边形ABCD 是一个边长为2的菱形,∠DAB =60°.侧棱DD 1⊥平面ABCD ,DD 1=3.(1)求二面角B -D 1C -D 的平面角的余弦值;(2)设E 是D 1B 的中点,在线段D 1C 上是否存在一点P ,使得AE ∥平面PDB ?若存在,请求出11D P D C 的值;若不存在,请说明理由.【详解】(1)如图1,连接BD ,由题意,△ADB 是正三角形,设M 是AB 的中点,则DM ⊥AB ,所以DM ⊥DC ,又DD 1⊥平面ABCD ,所以DM ⊥平面DD 1C 1C.以D 为原点,建立如图所示的空间直角坐标系,则D (0,0,0),D 1(0,0,3),C (0,2,0),B (3,1,0),则BC =(-3,1,0),1BD =(-3,-1,3).显然,平面D 1CD 的一个法向量是()1,0,0m = ,设平面BD 1C 的法向量为n = (x ,y ,z ),则1=30,330,n BC x y n BD x y z ⎧⋅-+=⎪⎨⋅=--+=⎪⎩ 令x =3,得n = (3,3,2),设二面角B -D 1C -D 的平面角为θ,由几何体的特征可知θ为锐角,则cos ||||m n m n θ⋅=⋅=33941++⨯=34.故二面角B -D 1C -D 的平面角的余弦值为34.(2)设11D P D C=λ,即有11λD P D C =,其中01λ≤≤由(1)知D 1(0,0,3),C (0,2,0),则()10,2,3D C =- ,所以P (0,2,33)λλ-+,又D (0,0,0),B (3,1,0),1111为1AA的中点,1BC BD==,1AB AA==(1)求证:DM⊥平面1BDC;(2)求平面1MBC与平面1D B C夹角的余弦值.则()0,0,0D,21,0,2M⎛⎫⎪⎪⎝⎭,2=AD AB ,PAD 是正三角形,CD ⊥平面PAD ,E 、F 、G 、O 分别是PC 、PD 、BC 、AD 的中点.(1)求平面EFG 与平面ABCD 所成角的大小;(2)线段PA 上是否存在点M ,使得直线GM 与平面EFG 所成角的大小为π6,若存在,求出PMPA的值;若不存在,说明理由.【详解】(1)解:因为PAD 是正三角形,O 为AD 的中点,所以PO AD ⊥,因为CD ⊥平面PAD ,PO ⊂平面PAD ,PO CD ∴⊥,,,AD CD D AD CD Q Ç=Ì平面ABCD ,PO ∴⊥平面ABCD ,因为AD BC ∥且AD BC =,O 、G 分别为AD 、BC 的中点,所以AO BG ∥且AO BG =,所以四边形ABGO 为平行四边形,15.(2022秋·广东佛山·高二顺德一中校考期中)如图,在直棱柱1111为4的菱形,60BAD ∠= ,14AA =,P 是1AD 上的动点(不含端点).(1)当P 为1AD 的中点时,求直线AD 到平面PBC 的距离;(2)求直线1AD 和平面BCP 所成角的正弦值的取值范围.则()0,0,0O ,()23,0,0A ,()10,2,4D -,()1123,2,0B C =-∴- ,AB P 为1AD 的中点,则(P()3,3,2BP =∴- ,(BC =- 则33202320n BP x y z n BC x y ⎧⋅=-+=⎪⎨⋅=--=⎪⎩4AB =,BC =BE =.将矩形BEDC 沿BC 翻折,使得平面ABC ⊥平面BCDE .(1)求DB 与平面ADE 所成角的正弦值.(2)求平面ADE 与平面ABC 所成的锐二面角的余弦值.【详解】(1) 平面ABC ⊥平面BCDE ,平面ABC ⋂平面BCDE BC =,CD BC ⊥,BE ⊂平面BCDE ,CD \^平面ABC ,则以C 为原点,,,CA CB CD正方向为,,x y z 轴,可建立如图所示的空间直角坐标系,则()0,0,0C ,()22,0,0A()22,0,23AD ∴=- ,DE设平面ADE 的法向量为n =则2223220AD n x z DE n y ⎧⋅=-+=⎪⎨⋅==⎪⎩DB n ⋅ ,A D 分别为棱,BM MC 的中点,将△MAD 沿AD 折起到PAD 的位置,使90PAB ∠=︒,如图2,连接,PB PC .(1)求证:平面PAD ⊥平面ABCD ;(2)若E 为PC 中点,求直线DE 与平面PBD 所成角的正弦值;(3)线段PC 上是否存在一点G ,使二面角G AD P --的余弦值为10若存在,求出PG PC 的值;若不存在,请说明理由.由题意得(0,1,0),(0,0,2),(2,0,0),(2,2,0),D P B C 所以(1,0,1)DE = ,(2,0,2),PB PD =-=设平面PBD 的法向量(,,)n x y z =,则22020PB n x z PD n y z ⎧⋅=-=⎪⎨⋅=-=⎪⎩ ,解得(1,2,1)n = 设直线DE 与平面PBD 所成角为θ,n DE ⋅,120AD DC BC ADC ︒==∠=,四边形ACFE 为正方形,且平面ACFE ⊥平面ABCD .(1)求证:BC ⊥平面ACFE ;(2)点M 在线段EF 上运动,求平面MAB 与平面ADE 夹角余弦值的取值范围.令(03)FM λλ=≤≤,则(3,0,0),(0,1,0),(,0,3),(3,0,A B M E λ1111AD=AA 1=1,AB=2.(1)试问在线段CD 1上是否存在一点N ,使MN ∥平面ADD 1A 1?若存在,确定N 的位置;若不存在,请说明理由;(2)在(1)中,当MN ∥平面ADD 1A 1时,试确定直线BB 1与平面DMN 的交点F 的位置,并求BF 的长.延长DM交AB于点G,可证点G是线段再过点G作GF//AB1与线段BB1交于点20.(2022秋·广东湛江·高二湛江二十一中校考期中)如图,在长方体11111 AB=,点E在棱AB上移动.2(1)证明:11D E A D ⊥;(2)求平面1ACD 的法向量.(3)当E 为AB 的中点时,求点E 到面1ACD 的距离.【详解】(1)以D 为坐标原点,分别以1DA DC DD 、、所在直线为x y z 、、轴,建立如图的坐标系,则()()()()()110,0,0,1,0,1,0,0,1,1,0,00,2,0D A D A C ,,所以()11,0,1DA = ,设()1,,0E t ,所以()11,,1D E t =- ,所以11110DA D E ⋅=-= ,故11DA D E ⊥ 所以11D E A D ⊥;(2)设平面1ACD 的法向量为(),,n x y z =r,则()()11,0,1,1,2,0AD AC =-=-,由10,0n AD n AC ⋅=⋅=,得020x z x y -+=⎧⎨-+=⎩,令1x =得11,,12n ⎛⎫= ⎪⎝⎭;(3)当E 为AB 的中点时,()1,1,0E ,则()11,1,1D E =-,由点到平面的距离公式,得()12221111111231112n D E d n ⨯+⨯+⨯-⋅===⎛⎫++ ⎪⎝⎭,边长为2的正方形,PA=,G为CD的中点,E,F是棱PD上两点(F在E的上方),且2EF=.(1)若BF//平面AEG,求DE;(2)当点F到平面AEC的距离取得最大值时,求直线AG与平面AEC所成角的正弦值.则()0,0,0A ,()2,2,0C ,()1,2,0G ,因为2EF =,所以EFC 的面积为定值,又点A 到平面EFC 的距离为定值,所以三棱锥A -EFC 的体积为定值,即三棱锥所以要使点F 到平面AEC的距离最大,则AEC △即E 到AC 的距离最小时,点F 到平面AEC 的距离最大,设()0,2,3E t t -,则()0,2,3AE t t =- ,AC22AE AC⎛⎫⋅ DE =E AD C --//EF BD .(1)证明:平面ABCD ⊥平面DCE ;(2)若()0EF DB λλ=>,求平面ABF 与平面CEF 所成锐二面角的余弦值的取值范围.【详解】(1)∵2AB AD ==,3AE =,5DE =,∴222AD DE AE +=,即AD DE ⊥,又∵在正方形ABCD 中,AD DC ⊥,且DE DC D ⋂=,DE ⊂平面EDC ,DC ⊂平面EDC ,∴AD ⊥平面EDC ,又AD ⊂平面ABCD ,∴平面ABCD ⊥平面EDC ;(2)由(1)知,EDC ∠是二面角E AD C --的平面角,作OE CD ⊥于点O ,则cos 1OD DE EDC =⋅∠=,2OE =,且平面ABCD ⊥平面EDC ,平面ABCD ⋂平面EDC CD =,OE ⊂平面EDC ,∴OE ⊥平面ABCD ,取AB 中点M ,连接OM ,则OM CD ⊥,如图,建立空间直角坐标系,则()2,1,0A -,()2,1,0B ,()0,1,0D -,()0,1,0C ,()0,0,2E ,()2,2,0DB = ,()2,2,0EF λλ=,()0,1,2EC =- ,设平面CEF 的一个法向量为(),,m x y z=,则20220m EC y z m EF x y λλ⎧⋅=-=⎪⎨⋅=+=⎪⎩ ,取11,1,2m ⎛⎫=-- ⎪⎝⎭ ,()22,21,2BF λλ=--,()0,2,0AB = ,设平面ABF 的一个法向量为(),,n a b c =,在底面圆周上,且,BE CE M =为AE 上的一点,且,BM AC N ⊥为线段AC 上一动点(不与,A C 重合)(1)若2AN NC =,设平面BMN ⋂面BEC l =,求证://MN l ;(2)当平面BMN 与平面DEC 夹角为π3,试确定N 点的位置.【详解】(1)由题知AB ⊥面,BEC EC ⊂面BEC ,则AB EC ⊥,由BC 为底面圆的直径,则EC BE ⊥,由BE AB B =I ,,BE AB ⊂面ABE ,则(220,,,1,33BM CA ⎛⎫=-=-+ ⎪ ⎪⎝⎭设()(,,2,CN CA λλλλλ==-∈设面BMN 的法向量为(,,n x y z =r 13λ-⎛⎫,23ABC AB AP π∠===,PA ⊥底面ABCD ,,E F 分别是线段,PB PD 的中点,G 是线段PC 上的一点.(1)若G 是直线PC 与平面AEF 的交点,试确定PGCG的值;(2)若直线AG 与平面AEF 所成角的正弦值为35,求三棱锥P EFG -体积.则()()(0,0,0,3,1,0,3,1,0A BC-()31,,1,0,1,122AE AF ⎛⎫=-= ⎪ ⎪⎝⎭ (0,0,AG AP PG AP PC λ=+=+=设平面AEF 的法向量(,,m a b =ADE V 沿直线AE 折起,使得DC .(1)求证:BE ⊥平面ADE ;(2)线段AB 上是否存在一点H ,使得平面ADE 与平面DHC 所成的角为π4若不存在,说明理由;若存在,求出H 点的位置.【详解】(1)证明:连接BE ,取线段AE 的中点O ,连接,DO OC ,在Rt ADE V 中,DA DE ==,1DO AE DO ∴⊥=,在OEC △中,11,2OE AE ==()()()1,0,1,1,1,0,2,0,0,D C A B -平面ADE 的法向量()10,1,0n =,在平面直角坐标系xOy 中,直线设H 的坐标为(),2,0t t -,()(。
高中立体几何典型500题与解析(1)(1-50题)
高中立体几何典型500题及解析(一)1、二面角βα--l 是直二面角,βα∈∈B A ,,设直线AB 与βα、所成的角分别为∠1和∠2,则(A )∠1+∠2=900 (B )∠1+∠2≥900 (C )∠1+∠2≤900 (D )∠1+∠2<900 解析:C分别作两条与二面角的交线垂直的线,则∠1和∠2分别为直线AB 与平面,αβ所成的角。
根据最小角定理:斜线和平面所成的角,是这条斜线和平面内经过斜足的直线所成的一切角中最小的角2ABO ∴∠>∠1902190ABO ∠+∠=∴∠+∠≤2. 下列各图是正方体或正四面体,P ,Q ,R ,S 分别是所在棱的中点,这四个点中不共..面.的一个图是PPQQRSSPP PQQRR RSSSPP PQQQ R RS SS PP Q QR RRSS(A ) (B ) (C ) (D ) D解析: A 项:PS 底面对应的中线,中线平行QS ,PQRS 是个梯形B 项:如图C 项:是个平行四边形D 项:是异面直线。
3. 有三个平面α,β,γ,下列命题中正确的是(A )若α,β,γ两两相交,则有三条交线 (B )若α⊥β,α⊥γ,则β∥γ(C )若α⊥γ,β∩α=a ,β∩γ=b ,则a ⊥b (D )若α∥β,β∩γ=∅,则α∩γ=∅ D解析:A 项:如正方体的一个角,三个平面相交,只有一条交线。
B 项:如正方体的一个角,三个平面互相垂直,却两两相交。
C 项:如图4. 如图所示,在正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1的侧面AB 1内有一动点P 到直线AB 与直线B 1C 1的距离相等,则动点P 所在曲线的形状为1111C解析:11B C ⊥平面AB 111,B C PB ∴⊥,如图:点到定点B 的距离与到定直线AB 的距离相等,建立坐标系画图时可以以点B 1B 的中点为原点建立坐标系。
5. 在正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中与AD 1成600角的面对角线的条数是 (A )4条 (B )6条 (C )8条 (D )10条C解析:如图这样的直线有4条,另外,这样的直线也有4条,共8条。
立体几何大题训练题(含答案)
立体几何大题训练题一、解答题(共17题;共150分)1.如图,在四棱锥P-ABCD中,PA⊥平面ABCD,在四边形ABCD中,∠ABC= ,AB=4,BC=3,CD= ,AD=2 ,PA=4.(1)证明:CD⊥平面PAD;(2)求二面角B-PC-D的余弦值..2.如图,在四棱锥中,平面,在四边形中,,,,,,.(1)证明:平面;(2)求B点到平面的距离3.如图,在四棱锥中,底面为长方形,底面,,,为的中点,F 为线段上靠近B 点的三等分点.(1)求证:平面;(2)求平面与平面所成二面角的正弦值.4.如图,四边形为正方形,分别为的中点,以为折痕把折起,使点到达点的位置,且.(1)证明:平面平面;(2)求与平面所成角的正弦值.5.如图,在三角锥中,, , 为的中点.(1)证明:平面;(2)若点在棱上,且MC=2MB,求点C到平面POM的距离.6.如图,在三角锥中,, , 为的中点.(1)证明:平面;(2)若点在棱上,且二面角为,求与平面所成角的正弦值. 7.如图,在四棱锥P﹣ABCD中,AB∥CD,且∠BAP=∠CDP=90°.(12分)(1)证明:平面PAB⊥平面PAD;(2)若PA=PD=AB=DC,∠APD=90°,求二面角A﹣PB﹣C的余弦值.8.如图,长方体ABCD–A1B1C1D1的底面ABCD是正方形,点E在棱AA1上,BE⊥EC1.(1)证明:BE⊥平面EB1C1;(2)若AE=A1E,求二面角B–EC–C1的正弦值.9.如图,直四棱柱ABCD-A1B1C1D1的底面是菱形,AA1=4,AB=2,BAD=60°,E,M,N分别是BC,BB1,A1D的中点(1)证明:MN∥平面C1DE;(2)求二面角A-MA1-N的正弦值。
10.已知三棱柱,底面三角形为正三角形,侧棱底面,,为的中点,为中点.(1)求证:直线平面;(2)求平面和平面所成的锐二面角的余弦值.11.如图,已知三棱柱ABC-A1B1C1,平面A1AC1C⊥平面ABC,∠ABC=90°.∠BAC=30°,A1A=A1C=AC,E,F 分别是AC,A1B1的中点(1)证明:EF⊥BC(2)求直线EF与平面A1BC所成角的余弦值.12.如图,四面体ABCD中,△ABC是正三角形,△ACD是直角三角形,∠ABD=∠CBD,AB=BD.(Ⅰ)证明:平面ACD⊥平面ABC;(Ⅱ)过AC的平面交BD于点E,若平面AEC把四面体ABCD分成体积相等的两部分,求二面角D﹣AE﹣C 的余弦值.13.如图,四棱锥P﹣ABCD中,侧面PAD为等边三角形且垂直于底面ABCD,AB=BC= AD,∠BAD=∠ABC=90°,E是PD的中点.(Ⅰ)证明:直线CE∥平面PAB;(Ⅱ)点M在棱PC 上,且直线BM与底面ABCD所成角为45°,求二面角M﹣AB﹣D的余弦值.14.如图,已知多面体ABCA1B1C1,A1A,B1B,C1C均垂直于平面ABC,∠ABC=120°,A1A=4,C1C=1,AB=BC=B1B=2.(Ⅰ)证明:AB1⊥平面A1B1C1;(Ⅱ)求直线AC1与平面ABB1所成的角的正弦值.15.如图所示多面体中,AD⊥平面PDC,四边形ABCD为平行四边形,点E,F分别为AD,BP的中点,AD =3,AP=3 ,PC .(1)求证:EF//平面PDC;(2)若∠CDP=120°,求二面角E﹣CP﹣D的平面角的余弦值.16.如图,四棱锥中,侧棱垂直于底面,,,为的中点,平行于,平行于面,.(1)求的长;(2)求二面角的余弦值.17.如图,在斜三棱柱中,侧面,,,,.(Ⅰ)求证:平面平面;(Ⅱ)若为中点,求二面角的正切值.答案解析部分一、解答题1.【答案】(1)解:连接,由∠ABC= ,AB=4,BC=3,则,又因为CD= ,AD=2 ,所以,即,因为PA⊥平面ABCD,平面ABCD,所以,因为,所以CD⊥平面PAD;(2)解:以点D为坐标原点,的延长线为x,为y轴,过点D与平行线为z轴,建立空间直角坐标系,如图:作交与点G,,即,所以,,所以,所以,,,,则,,,设平面的一个法向量为,则,即,令,则,,即,设平面的一个法向量为,则,即,令,则,,即,由,所以二面角B-PC-D的余弦值为.【解析】【分析】(1)连接,证出,利用线面垂直的性质定理可得,再利用线面垂直的判定定理即可证出.(2)以点D为坐标原点,的延长线为x,为y轴,过点D与平行线为轴,建立空间直角坐标系,分别求出平面的一个法向量与平面的一个法向量,利用向量的数量积即可求解.2.【答案】(1)解:在平面中,,,,则,又,∴,即,又平面,则,又,∴平面.(2)解:在平面中,过A作BC的平行线交CD的延长线于M,因为,,,则,又因为,,所以.所以又,则,所以,在中,.因为,则面,所以由可知:,,所以,则,因此P点到平面的距离为.【解析】【分析】(1)在三角形中,由勾股定理可证得,由平面,可得,根据线面垂直的判定定理即可证得结论;(2) 在平面中,过A作BC的平行线交CD 的延长线于M,因为利用等体积转换即可求得距离.3.【答案】(1)证明:,为线段中点,.平面,平面,.又底面是长方形,.又,平面.平面,. 又,平面.(2)解:由题意,以为轴建立空间直角坐标系,则,,,,,.所以, ,,,设平面的法向量,则,即,令,则,,,同理可求平面的法向量,,,即平面与平面所成角的正弦值为.【解析】【分析】(1)通过,可证明平面,进而可得,结合证明线面垂直.(2)以为轴建立空间直角坐标系,可求出平面的法向量,平面的法向量,则可求出两向量夹角的余弦值,从而可求二面角的正弦值.4.【答案】(1)解:由已知可得,BF⊥PF,BF⊥EF,又,∴BF⊥平面PEF.∴又平面ABFD,平面PEF⊥平面ABFD.(2)解:作PH⊥EF,垂足为H.由(1)得,PH⊥平面ABFD.以H为坐标原点,的方向为y轴正方向,为单位长,建立如图所示的空间直角坐标系H−xyz.由(1)可得,DE⊥PE.又DP=2,DE=1,所以PE= .又PF=1,EF=2,故PE⊥PF.可得.则为平面ABFD的法向量. 设DP与平面ABFD所成角为,则.∴DP与平面ABFD所成角的正弦值为.【解析】【分析】(1)在翻折过程中,作于H,由得到,从而得到面面垂直;(2)DP与平面所成的角就是,在三角形中求其正弦值.5.【答案】(1)∵PA=PC=AC=4 且O是AC的中点∴PO⊥AC∵AB=BC=2 ,AC=4,∴∴∠ABC=90°连接BO则OB=OC∴PO2+BO2=PB2PO⊥OB,PO⊥OCOB∩OC=O∴PO⊥平面ABC(2)过点C作CH⊥OM交OM于点H又∵PO⊥平面ABC∴∴CH的长度为点C到平面POM的距离在△COM中,CM= ,OC=2,∠OCM=45°∴∴OM=∴【解析】【分析】(1)由线面垂直的判定定理易得;(2)由线面垂直可得面面垂直,易找点面距,可求.6.【答案】(1)PA=PC=AC=4 且O是AC的中点PO⊥AC∵AB=BC=2 ,AC=4,∴∴∠ABC=90°连接BO则OB=OC∴PO2+BO2=PB2PO⊥OB,PO⊥OCOB∩OC=O∴PO⊥平面ABC(2)∵PO⊥平面ABC,∴PO⊥OB∴AB=BC=2 O是AC的中点∴OB⊥AC OB⊥平面PAC如图所示以O为坐标原点,为x轴正方向建立如图所示的直角坐标系O-xyz则P(0,0,)A(,0,-2,0),C(0,2,0),B(2,0,0)平面PAC法向量为=(1,0,0)设M(x,2-x,0)平面PAC法向量为=(1,λ,μ),=(0,2,), = (x,4-x,0)则即即得到,∴x=-4(舍),x=即M∴PAM的法向量记PC与平面PAM所成的角为θ∴即PC与平面PAM所成的角为的正弦值为.【解析】【分析】(1)由线面垂直的判定定理易得;(2)先由条件建系,找到点M的位置,再用公式求线面角.7.【答案】(1)证明:∵∠BAP=∠CDP=90°,∴PA⊥AB,PD⊥CD,∵AB∥CD,∴AB⊥PD,又∵PA∩PD=P,且PA⊂平面PAD,PD⊂平面PAD,∴AB⊥平面PAD,又AB⊂平面PAB,∴平面PAB⊥平面PAD;(2)解:∵AB∥CD,AB=CD,∴四边形ABCD为平行四边形,由(1)知AB⊥平面PAD,∴AB⊥AD,则四边形ABCD为矩形,在△APD中,由PA=PD,∠APD=90°,可得△PAD为等腰直角三角形,设PA=AB=2a,则AD= .取AD中点O,BC中点E,连接PO、OE,以O为坐标原点,分别以OA、OE、OP所在直线为x、y、z轴建立空间直角坐标系,则:D(),B(),P(0,0,),C().,,.设平面PBC的一个法向量为,由,得,取y=1,得.∵AB⊥平面PAD,AD⊂平面PAD,∴AB⊥AD,又PD⊥PA,PA∩AB=A,∴PD⊥平面PAB,则为平面PAB的一个法向量,.∴cos<>= = .由图可知,二面角A﹣PB﹣C为钝角,∴二面角A﹣PB﹣C的余弦值为.【解析】【分析】(1.)由已知可得PA⊥AB,PD⊥CD,再由AB∥CD,得AB⊥PD,利用线面垂直的判定可得AB⊥平面PAD,进一步得到平面PAB⊥平面PAD;(2.)由已知可得四边形ABCD为平行四边形,由(1)知AB⊥平面PAD,得到AB⊥AD,则四边形ABCD 为矩形,设PA=AB=2a,则AD= .取AD中点O,BC中点E,连接PO、OE,以O为坐标原点,分别以OA、OE、OP所在直线为x、y、z轴建立空间直角坐标系,求出平面PBC的一个法向量,再证明PD⊥平面PAB,得为平面PAB的一个法向量,由两法向量所成角的余弦值可得二面角A﹣PB﹣C的余弦值.8.【答案】(1)解:由已知得,平面,平面,故.又,所以平面.(2)由(1)知.由题设知,所以,故,.以为坐标原点,的方向为x轴正方向,为单位长,建立如图所示的空间直角坐标系D-xyz,则C(0,1,0),B(1,1,0),(0,1,2),E(1,0,1),,.设平面EBC的法向量为=(x,y,x),则即所以可取= .设平面的法向量为=(x,y,z),则即所以可取=(1,1,0).于是.所以,二面角的正弦值为.【解析】【分析】(1)根据题意由线面垂直的性质得出线线垂直,再由线线垂直的判定定理出线面垂直。
高考立体几何题大全
高考立体几何题大全一、一个正方体的棱长为2,若在其一个顶点处削去一个棱长为1的小正方体,则剩余部分的体积为多少?A. 6B. 7C. 8-√3D. 8-1/3(答案)B。
解析:原正方体的体积为2的三次方等于8,削去的小正方体的体积为1的三次方等于1,但由于是在顶点处削去,会同时影响到三个相邻的小正方体,因此实际减少的体积只有一个小正方体的三分之一,即1/3。
所以剩余部分的体积为8-1/3=7+2/3,取整数部分为7。
二、一个圆柱的底面半径为r,高为h,若将其侧面展开,得到的矩形的长与宽分别是什么?A. 2πr, hB. πr, 2hC. r, 2πhD. 2r, πh(答案)A。
解析:圆柱的侧面展开后是一个矩形,其长等于圆柱底面的周长,即2πr,宽等于圆柱的高,即h。
三、一个圆锥的底面半径为3,高为4,则它的侧面积为多少?A. 12πB. 15πC. 20πD. 24π(答案)B。
解析:圆锥的母线长可以通过勾股定理求得,为根号下(3的平方+4的平方)=5。
圆锥的侧面积公式为π乘以底面半径乘以母线长,即π35=15π。
四、一个球体的半径为R,若在其内部挖去一个半径为R/2的小球,则剩余部分的体积与小球体积的比值为多少?A. 7B. 8-1C. 8D. 9(答案)A。
解析:大球的体积为(4/3)πR的三次方,小球的体积为(4/3)π(R/2)的三次方,即(1/8)(4/3)πR的三次方。
剩余部分的体积为大球体积减去小球体积,即(7/8)(4/3)πR 的三次方。
所以剩余部分的体积与小球体积的比值为((7/8)(4/3)πR的三次方)除以((1/8)(4/3)πR的三次方)=7。
五、一个长方体的长、宽、高分别为a、b、c,若将其切割成若干个小正方体,每个小正方体的棱长为1,则最多可以切割成多少个小正方体?A. abcB. a+b+cC. abcD. (a+b+c)/3(答案)C。
解析:长方体的体积为长乘以宽乘以高,即abc。
2024届新高考数学大题精选30题--立体几何含答案
大题立体几何1(2024·黑龙江·二模)如图,已知正三棱柱ABC-A1B1C1的侧棱长和底面边长均为2,M是BC的中点,N是AB1的中点,P是B1C1的中点.(1)证明:MN⎳平面A1CP;(2)求点P到直线MN 的距离.2(2024·安徽合肥·二模)如图,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是边长为2的菱形,∠BAD=60°,M是侧棱PC的中点,侧面PAD为正三角形,侧面PAD⊥底面ABCD.(1)求三棱锥M-ABC的体积;(2)求AM与平面PBC所成角的正弦值.2024届新高考数学大题精选30题--立体几何3(2023·福建福州·模拟预测)如图,在三棱柱ABC-A1B1C1中,平面AA1C1C⊥平面ABC,AB= AC=BC=AA1=2,A1B=6.(1)设D为AC中点,证明:AC⊥平面A1DB;(2)求平面A1AB1与平面ACC1A1夹角的余弦值.4(2024·山西晋中·三模)如图,在六面体ABCDE中,BC=BD=6,EC⊥ED,且EC=ED= 2,AB平行于平面CDE,AE平行于平面BCD,AE⊥CD.(1)证明:平面ABE⊥平面CDE;(2)若点A到直线CD的距离为22,F为棱AE的中点,求平面BDF与平面BCD夹角的余弦值.5(2024·辽宁·二模)棱长均为2的斜三棱柱ABC-A1B1C1中,A1在平面ABC内的射影O在棱AC的中点处,P为棱A1B1(包含端点)上的动点.(1)求点P到平面ABC1的距离;(2)若AP⊥平面α,求直线BC1与平面α所成角的正弦值的取值范围.6(2024·重庆·模拟预测)在如图所示的四棱锥P-ABCD中,已知AB∥CD,∠BAD=90°,CD= 2AB,△PAB是正三角形,点M在侧棱PB上且使得PD⎳平面AMC.(1)证明:PM=2BM;(2)若侧面PAB⊥底面ABCD,CM与底面ABCD所成角的正切值为311,求二面角P-AC-B的余弦值.7(2024·安徽·模拟预测)2023年12月19日至20日,中央农村工作会议在北京召开,习近平主席对“三农”工作作出指示.某地区为响应习近平主席的号召,积极发展特色农业,建设蔬菜大棚.如图所示的七面体ABG-CDEHF是一个放置在地面上的蔬菜大棚钢架,四边形ABCD是矩形,AB=8m,AD=4m,ED=CF=1m,且ED,CF都垂直于平面ABCD,GA=GB=5m,HE=HF,平面ABG⊥平面ABCD.(1)求点H到平面ABCD的距离;(2)求平面BFHG与平面AGHE所成锐二面角的余弦值.8(2024·重庆·模拟预测)如图,ACDE为菱形,AC=BC=2,∠ACB=120°,平面ACDE⊥平面ABC,点F在AB上,且AF=2FB,M,N分别在直线CD,AB上.(1)求证:CF⊥平面ACDE;(2)把与两条异面直线都垂直且相交的直线叫做这两条异面直线的公垂线,若∠EAC=60°,MN为直线CD,AB的公垂线,求ANAF的值;(3)记直线BE与平面ABC所成角为α,若tanα>217,求平面BCD与平面CFD所成角余弦值的范围.9(2024·安徽·二模)将正方形ABCD 绕直线AB 逆时针旋转90°,使得CD 到EF 的位置,得到如图所示的几何体.(1)求证:平面ACF ⊥平面BDE ;(2)点M 为DF 上一点,若二面角C -AM -E 的余弦值为13,求∠MAD .10(2024·安徽黄山·二模)如图,已知AB 为圆台下底面圆O 1的直径,C 是圆O 1上异于A ,B 的点,D 是圆台上底面圆O 2上的点,且平面DAC ⊥平面ABC ,DA =DC =AC =2,BC =4,E 是CD 的中点,BF =2FD .(1)证明:DO 2⎳BC ;(2)求直线DB 与平面AEF 所成角的正弦值.11(2024·黑龙江哈尔滨·一模)正四棱台ABCD -A 1B 1C 1D 1的下底面边长为22,A 1B 1=12AB ,M 为BC 中点,已知点P 满足AP =1-λ AB +12λ⋅AD +λAA 1 ,其中λ∈0,1 .(1)求证D 1P ⊥AC ;(2)已知平面AMC 1与平面ABCD 所成角的余弦值为37,当λ=23时,求直线DP 与平面AMC 1所成角的正弦值.12(2024·辽宁·三模)如图,在三棱柱ABC -A 1B 1C 1中,侧面ACC 1A 1⊥底面ABC ,AC =AA 1=2,AB =1,BC =3,点E 为线段AC 的中点.(1)求证:AB 1∥平面BEC 1;(2)若∠A 1AC =π3,求二面角A -BE -C 1的余弦值.13(2024·广东广州·一模)如图,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是边长为2的菱形,△DCP是等边三角形,∠DCB=∠PCB=π4,点M,N分别为DP和AB的中点.(1)求证:MN⎳平面PBC;(2)求证:平面PBC⊥平面ABCD;(3)求CM与平面PAD所成角的正弦值.14(2024·广东梅州·二模)如图,在四棱锥P-ABCD中,平面PAD⊥平面ABCD,底面ABCD 为直角梯形,△PAD为等边三角形,AD⎳BC,AD⊥AB,AD=AB=2BC=2.(1)求证:AD⊥PC;(2)点N在棱PC上运动,求△ADN面积的最小值;(3)点M为PB的中点,在棱PC上找一点Q,使得AM⎳平面BDQ,求PQQC的值.15(2024·广东广州·模拟预测)如图所示,圆台O1O2的轴截面A1ACC1为等腰梯形,AC=2AA1= 2A1C1=4,B为底面圆周上异于A,C的点,且AB=BC,P是线段BC的中点.(1)求证:C1P⎳平面A1AB.(2)求平面A1AB与平面C1CB夹角的余弦值.16(2024·广东深圳·二模)如图,三棱柱ABC-A1B1C1中,侧面BB1C1C⊥底面ABC,且AB= AC,A1B=A1C.(1)证明:AA1⊥平面ABC;(2)若AA1=BC=2,∠BAC=90°,求平面A1BC与平面A1BC1夹角的余弦值.17(2024·河北保定·二模)如图,在四棱锥P -ABCD 中,平面PCD 内存在一条直线EF 与AB 平行,PA ⊥平面ABCD ,直线PC 与平面ABCD 所成的角的正切值为32,PA =BC =23,CD =2AB =4.(1)证明:四边形ABCD 是直角梯形.(2)若点E 满足PE =2ED ,求二面角P -EF -B 的正弦值.18(2024·湖南衡阳·模拟预测)如图,在圆锥PO 中,P 是圆锥的顶点,O 是圆锥底面圆的圆心,AC 是圆锥底面圆的直径,等边三角形ABD 是圆锥底面圆O 的内接三角形,E 是圆锥母线PC 的中点,PO =6,AC =4.(1)求证:平面BED ⊥平面ABD ;(2)设点M 在线段PO 上,且OM =2,求直线DM 与平面ABE 所成角的正弦值.19(2024·湖南岳阳·三模)已知四棱锥P -ABCD 的底面ABCD 是边长为4的菱形,∠DAB =60°,PA =PC ,PB =PD =210,M 是线段PC 上的点,且PC =4MC .(1)证明:PC ⊥平面BDM ;(2)点E 在直线DM 上,求BE 与平面ABCD 所成角的最大值.20(2024·湖南·二模)如图,直四棱柱ABCD -A 1B 1C 1D 1的底面是边长为2的菱形,∠ABC =60°,BD 1⊥平面A 1C 1D .(1)求四棱柱ABCD -A 1B 1C 1D 1的体积;(2)设点D 1关于平面A 1C 1D 的对称点为E ,点E 和点C 1关于平面α对称(E 和α未在图中标出),求平面A 1C 1D 与平面α所成锐二面角的大小.21(2024·山东济南·二模)如图,在四棱锥P-ABCD中,四边形ABCD为直角梯形,AB∥CD,∠DAB=∠PCB=60°,CD=1,AB=3,PC=23,平面PCB⊥平面ABCD,F为线段BC的中点,E为线段PF上一点.(1)证明:PF⊥AD;(2)当EF为何值时,直线BE与平面PAD夹角的正弦值为74.22(2024·山东潍坊·二模)如图1,在平行四边形ABCD中,AB=2BC=4,∠ABC=60°,E为CD 的中点,将△ADE沿AE折起,连结BD,CD,且BD=4,如图2.(1)求证:图2中的平面ADE⊥平面ABCE;(2)在图2中,若点F在棱BD上,直线AF与平面ABCE所成的角的正弦值为3010,求点F到平面DEC 的距离.23(2024·福建·模拟预测)如图,在三棱锥P-ABC中,PA⊥PB,AB⊥BC,AB=3,BC=6,已知二面角P-AB-C的大小为θ,∠PAB=θ.(1)求点P到平面ABC的距离;(2)当三棱锥P-ABC的体积取得最大值时,求:(Ⅰ)二面角P-AB-C的余弦值;(Ⅱ)直线PC与平面PAB所成角.24(2024·浙江杭州·二模)如图,在多面体ABCDPQ中,底面ABCD是平行四边形,∠DAB=60°, BC=2PQ=4AB=4,M为BC的中点,PQ∥BC,PD⊥DC,QB⊥MD.(1)证明:∠ABQ=90°;(2)若多面体ABCDPQ的体积为152,求平面PCD与平面QAB夹角的余弦值.25(2024·浙江嘉兴·二模)在如图所示的几何体中,四边形ABCD为平行四边形,PA⊥平面ABCD,PA∥QD,BC=2AB=2PA=2,∠ABC=60°.(1)证明:平面PCD⊥平面PAC;(2)若PQ=22,求平面PCQ与平面DCQ夹角的余弦值.26(2024·浙江绍兴·二模)如图,在三棱锥P-ABC中,AB=4,AC=2,∠CAB=60°,BC⊥AP.(1)证明:平面ACP⊥平面ABC;(2)若PA=2,PB=4,求二面角P-AB-C的平面角的正切值.27(2024·河北沧州·一模)如图,在正三棱锥A -BCD 中,BC =CD =BD =4,点P 满足AP=λAC ,λ∈(0,1),过点P 作平面α分别与棱AB ,BD ,CD 交于Q ,S ,T 三点,且AD ⎳α,BC ⎳α.(1)证明:∀λ∈(0,1),四边形PQST 总是矩形;(2)若AC =4,求四棱锥C -PQST 体积的最大值.28(2024·湖北·二模)如图1.在菱形ABCD 中,∠ABC =120°,AB =4,AE =λAD ,AF =λAB(0<λ<1),沿EF 将△AEF 向上折起得到棱锥P -BCDEP .如图2所示,设二面角P -EF -B 的平面角为θ.(1)当λ为何值时,三棱锥P -BCD 和四棱锥P -BDEF 的体积之比为95(2)当θ为何值时,∀λ∈0,1 ,平面PEF 与平面PFB 的夹角φ的余弦值为5529(2024·湖北·模拟预测)空间中有一个平面α和两条直线m ,n ,其中m ,n 与α的交点分别为A ,B ,AB =1,设直线m 与n 之间的夹角为π3,(1)如图1,若直线m ,n 交于点C ,求点C 到平面α距离的最大值;(2)如图2,若直线m ,n 互为异面直线,直线m 上一点P 和直线n 上一点Q 满足PQ ⎳α,PQ ⊥n 且PQ ⊥m ,(i )求直线m ,n 与平面α的夹角之和;(ii )设PQ =d 0<d <1 ,求点P 到平面α距离的最大值关于d 的函数f d .30(2024·浙江绍兴·模拟预测)如图所示,四棱台ABCD -A 1B 1C 1D 1,底面ABCD 为一个菱形,且∠BAD =120°. 底面与顶面的对角线交点分别为O ,O 1. AB =2A 1B 1=2,BB 1=DD 1=392,AA 1与底面夹角余弦值为3737.(1)证明:OO 1⊥平面ABCD ;(2)现将顶面绕OO 1旋转θ角,旋转方向为自上而下看的逆时针方向. 此时使得底面与DC 1的夹角正弦值为64343,此时求θ的值(θ<90°);(3)求旋转后AA 1与BB 1的夹角余弦值.大题 立体几何1(2024·黑龙江·二模)如图,已知正三棱柱ABC -A 1B 1C 1的侧棱长和底面边长均为2,M 是BC 的中点,N 是AB 1的中点,P 是B 1C 1的中点.(1)证明:MN ⎳平面A 1CP ;(2)求点P 到直线MN 的距离.【答案】(1)证明见解析(2)3【分析】(1)建立如图空间直角坐标系A -xyz ,设平面A 1CP 的一个法向量为n=(x ,y ,z ),利用空间向量法证明MN ⋅n=0即可;(2)利用空间向量法即可求解点线距.【详解】(1)由题意知,AA 1⊥平面ABC ,∠BAC =60°,而AB ⊂平面ABC ,所以AA 1⊥AB ,在平面ABC 内过点A 作y 轴,使得AB ⊥y 轴,建立如图空间直角坐标系A -xyz ,则A (0,0,0),B (2,0,0),C (1,3,0),A 1(0,0,2),B 1(2,0,2),得M 32,32,0,N (1,0,1),P 32,32,2,所以A 1C =(1,3,-2),A 1P =32,32,0 ,MN =-12,-32,1 ,设平面A1CP 的一个法向量为n=(x ,y ,z ),则n ⋅A 1C=x +3y -2z =0n ⋅A 1P =32x +32y =0,令x =1,得y =-3,z =-1,所以n=(1,-3,-1),所以MN ⋅n =-12×1+-32×(-3)+1×(-1)=0,又MN 不在平面A 1CP 内即MN ⎳平面A 1CP ;(2)如图,连接PM ,由(1)得PM =(0,0,-2),则MN ⋅PM =-2,MN =2,PM =2,所以点P 到直线MN 的距离为d =PM 2-MN ⋅PMPM2= 3.2(2024·安徽合肥·二模)如图,在四棱锥P -ABCD 中,底面ABCD 是边长为2的菱形,∠BAD =60°,M 是侧棱PC 的中点,侧面PAD 为正三角形,侧面PAD ⊥底面ABCD .(1)求三棱锥M -ABC 的体积;(2)求AM 与平面PBC 所成角的正弦值.【答案】(1)12(2)3311.【分析】(1)作出辅助线,得到线线垂直,进而得到线面垂直,由中位线得到M 到平面ABCD 的距离为32,进而由锥体体积公式求出答案;(2)证明出BO ⊥AD ,建立空间直角坐标系,求出平面的法向量,进而由法向量的夹角余弦值的绝对值求出线面角的正弦值.【详解】(1)如图所示,取AD 的中点O ,连接PO .因为△PAD 是正三角形,所以PO ⊥AD .又因为平面PAD ⊥底面ABCD ,PO ⊂平面PAD ,平面PAD ∩平面ABCD =AD ,所以PO ⊥平面ABCD ,且PO =3.又因为M 是PC 的中点,M 到平面ABCD 的距离为32,S △ABC =12×2×2×sin 2π3=3,所以三棱锥M -ABC 的体积为13×3×32=12.(2)连接BO ,BD ,因为∠BAD =π3,所以△ABD 为等边三角形,所以BO ⊥AD ,以O 为原点,OA ,OB ,OP 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P 0,0,3 ,A 1,0,0 ,B 0,3,0 ,C -2,3,0 ,所以M -1,32,32 ,AM =-2,32,32,PB =0,3,-3 ,BC =-2,0,0 .设平面PBC 的法向量为n=x ,y ,z ,则PB ⋅n =0BC ⋅n =0,即3y -3z =0-2x =0 ,解得x =0,取z =1,则y =1,所以n=0,1,1 .设AM 与平面PBC 所成角为θ,则sin θ=cos AM ,n =AM ⋅nAM ⋅n=-2,32,32 ⋅0,1,14+34+34×1+1=3311.即AM 与平面PBC 所成角的正弦值为3311.3(2023·福建福州·模拟预测)如图,在三棱柱ABC -A 1B 1C 1中,平面AA 1C 1C ⊥平面ABC ,AB =AC =BC =AA 1=2,A 1B =6.(1)设D 为AC 中点,证明:AC ⊥平面A 1DB ;(2)求平面A 1AB 1与平面ACC 1A 1夹角的余弦值.【答案】(1)证明见解析;(2)55【分析】(1)根据等边三角形的性质得出BD ⊥AC ,根据平面ACC 1A 1⊥平面ABC 得出BD ⊥平面ACC 1A 1,BD ⊥A 1D ,利用勾股定理得出AC ⊥A 1D ,从而证明AC ⊥平面A 1DB ;(2)建立空间直角坐标系,利用坐标表示向量,求出平面A 1AB 1的法向量和平面ACC 1A 1的一个法向量,利用向量求平面A 1AB 1与平面ACC 1A 1的夹角余弦值.【详解】(1)证明:因为D 为AC 中点,且AB =AC =BC =2,所以在△ABC 中,有BD ⊥AC ,且BD =3,又平面ACC 1A 1⊥平面ABC ,且平面ACC 1A 1∩平面ABC =AC ,BD ⊂平面ABC ,所以BD ⊥平面ACC 1A 1,又A 1D ⊂平面ACC 1A 1,则BD ⊥A 1D ,由A 1B =6,BD =3,得A 1D =3,因为AD =1,AA 1=2,A 1D =3,所以由勾股定理,得AC ⊥A 1D ,又AC ⊥BD ,A 1D ∩BD =D ,A 1D ,BD ⊂平面A 1DB ,所以AC ⊥平面A 1DB ;(2)如图所示,以D 为原点,建立空间直角坐标系D -xyz ,可得A (1,0,0),A 1(0,0,3),B (0,3,0),则AA 1 =-1,0,3 ,AB=-1,3,0 ,设平面A 1AB 1的法向量为n=(x ,y ,z ),由n ⋅AA 1=-x +3z =0n ⋅AB=-x +3y =0,令x =3,得y =1,z =1,所以n=3,1,1 ,由(1)知,BD ⊥平面ACC 1A 1,所以平面ACC 1A 1的一个法向量为BD=(0,-3,0),记平面A 1AB 1与平面ACC 1A 1的夹角为α,则cos α=|n ⋅BD ||n ||BD |=35×3=55,所以平面A 1AB 1与平面ACC 1A 1夹角的余弦值为55.4(2024·山西晋中·三模)如图,在六面体ABCDE 中,BC =BD =6,EC ⊥ED ,且EC =ED =2,AB 平行于平面CDE ,AE 平行于平面BCD ,AE ⊥CD .(1)证明:平面ABE ⊥平面CDE ;(2)若点A 到直线CD 的距离为22,F 为棱AE 的中点,求平面BDF 与平面BCD 夹角的余弦值.【答案】(1)证明见解析(2)10535【分析】(1)设平面ABE 与直线CD 交于点M ,使用线面平行的性质,然后用面面垂直的判定定理即可;(2)证明BE ⊥平面CDE ,然后构造空间直角坐标系,直接用空间向量方法即可得出结果.【详解】(1)设平面ABE 与直线CD 交于点M ,连接ME ,MB ,则平面ABE 与平面CDE 的交线为ME ,平面ABE 与平面BCD 的交线为MB ,因为AB 平行于平面CDE ,AB ⊂平面ABE ,平面ABE 和平面CDE 的交线为ME ,所以AB ∥ME .同理AE ∥MB ,所以四边形ABME 是平行四边形,故AE ∥MB ,AB ∥ME .因为CD ⊥AE ,AE ∥MB ,所以CD ⊥MB ,又BC =BD =6,所以M 为棱CD 的中点在△CDE 中,EC =ED ,MC =MD ,所以CD ⊥ME ,由于AB ∥ME ,故CD ⊥AB .而CD ⊥AE ,AB ∩AE =A ,AB ,AE ⊂平面ABE ,所以CD ⊥平面ABE ,又CD ⊂平面CDE ,所以平面ABE ⊥平面CDE .(2)由(1)可知,CD ⊥平面ABME ,又AM ⊂平面ABME ,所以CD ⊥AM .而点A 到直线CD 的距离为22,故AM =2 2.在等腰直角三角形CDE 中,由EC =ED =2,得CD =2,MC =MD =ME =1.在等腰三角形BCD 中,由MC =MD =1,BC =BD =6,得BM = 5.在平行四边形ABME 中,AE =BM =5,AB =EM =1,AM =22,由余弦定理得cos ∠MEA =EM 2+AE 2-AM 22EM ·AE=-55,所以cos ∠BME =55,所以BE =BM 2+EM 2-2BM ·EM cos ∠BME =2.因为BE 2+ME 2=22+12=5 2=BM 2,所以BE ⊥ME .因为平面ABME ⊥平面CDE ,平面ABME 和平面CDE 的交线为ME ,BE 在平面ABME 内.所以BE ⊥平面CDE .如图,以E 为坐标原点,EC ,ED ,EB 分别为x ,y ,z 轴正方向,建立空间直角坐标系.则E 0,0,0 ,C 2,0,0 ,D 0,2,0 ,B 0,0,2 ,A -22,-22,2 ,F -24,-24,1.所以CD =-2,2,0 ,DB =0,-2,2 ,FB =24,24,1 .设平面BCD 的法向量为m=x 1,y 1,z 1 ,则m ⋅CD=0m ⋅DB =0,即-2x 1+2y 1=0-2y 1+2z 1=0 .则可取x 1=2,得m=2,2,2 .设平面BDF 的法向量为n =x 2,y 2,z 2 ,则n ⋅FB =0n ⋅DB=0,即24x 2+24y 2+z 2=0-2y 2+2z 2=0.取z 2=1,则n=-32,2,1 .设平面BDF 与平面BCD 的夹角为θ,则cos θ=m ⋅n m ⋅n =-3210×21=10535.所以平面BDF 与平面BCD 夹角的余弦值为10535.5(2024·辽宁·二模)棱长均为2的斜三棱柱ABC -A 1B 1C 1中,A 1在平面ABC 内的射影O 在棱AC 的中点处,P 为棱A 1B 1(包含端点)上的动点.(1)求点P 到平面ABC 1的距离;(2)若AP ⊥平面α,求直线BC 1与平面α所成角的正弦值的取值范围.【答案】(1)23913;(2)25,104.【分析】(1)以O 为原点建立空间直角坐标系,求出平面ABC 1的法向量,再利用点到平面距离的向量求法求解即得.(2)由向量共线求出向量AP的坐标,再利用线面角的向量求法列出函数关系,并求出函数的值域即可.【详解】(1)依题意,A 1O ⊥平面ABC ,OB ⊥AC (底面为正三角形),且A 1O =OB =3,以O 为原点,OB ,OC ,OA 1的方向分别为x ,y ,z 轴的正方向,建立空间直角坐标系,如图,则O (0,0,0),A (0,-1,0),B (3,0,0),C (0,1,0),A 1(0,0,3),C 1(0,2,3),AC 1 =(0,3,3),BC 1 =(-3,2,3),AA 1 =(0,1,3),由A 1B 1⎳AB ,A 1B 1⊄平面ABC 1,AB ⊂平面ABC 1,则A 1B 1⎳平面ABC 1,即点P 到平面ABC 1的距离等于点A 1到平面ABC 1的距离,设n =(x ,y ,z )为平面ABC 1的一个法向量,由n ⋅AC 1=3y +3z =0n ⋅BC 1=-3x +2y +3z =0,取z =3,得n=(1,-3,3),因此点A 1到平面ABC 1的距离d =|AA 1 ⋅n||n |=2313=23913,所以点P 到平面ABC 1的距离为23913.(2)设A 1P =λA 1B 1 ,λ∈[0,1],则AP =AA 1 +A 1P =AA 1 +λAB=(0,1,3)+λ(3,1,0)=(3λ,1+λ,3),由AP ⊥α,得AP为平面α的一个法向量,设直线BC 1与平面α所成角为θ,则sin θ=|cos ‹BC 1 ,AP ›|=|BC 1 ⋅AP||BC 1 ||AP |=|5-λ|10⋅3λ2+(1+λ)2+3=5-λ25⋅2λ2+λ+2,令t =5-λ,则λ=5-t ,t ∈[4,5],则sin θ=t 25⋅2(5-t )2+(5-t )+2=t25⋅2t 2-21t +57=125⋅2-21t+57t 2=125571t-7382+576,由t ∈[4,5],得1t ∈15,14 ,于是571t -738 2+576∈225,516,25⋅571t -738 2+576∈2105,52 ,则sin θ∈25,104,所以直线BC 1与平面α所成角的正弦值的取值范围是25,104.6(2024·重庆·模拟预测)在如图所示的四棱锥P -ABCD 中,已知AB ∥CD ,∠BAD =90°,CD =2AB ,△PAB 是正三角形,点M 在侧棱PB 上且使得PD ⎳平面AMC .(1)证明:PM =2BM ;(2)若侧面PAB ⊥底面ABCD ,CM 与底面ABCD 所成角的正切值为311,求二面角P -AC -B 的余弦值.【答案】(1)证明见解析;(2)1010.【分析】(1)连接BD 与AC 交于点E ,连接EM ,由已知得AB CD=EBED ,由线面平行的性质得PD ∥EM ,根据三角形相似可得EB ED =BM PM=12,即PM =2BM(2)设AB 的中点O ,首先由已知得PO ⊥底面ABCD ,在△PAB 中过点M 作MF ∥PO 交AB 于点F ,得MF ⊥底面ABCD ,则∠MCF 为CM 与底面ABCD 所成角,在底面ABCD 上过点O 作OG ⊥AC 于点G ,则∠PGO 是二面角P -AC -B 的平面角,根据条件求解即可【详解】(1)证明:连接BD 与AC 交于点E ,连接EM ,在△EAB 与△ECD 中,∵AB ∥CD ,∴AB CD=EBED ,由CD =2AB ,得ED =2EB ,又∵PD ⎳平面AMC ,而平面PBD ∩平面AMC =ME ,PD ⊂平面PBD ,∴PD ∥EM ,∴在△PBD 中,EB ED =BM PM=12,∴PM =2BM ;(2)设AB 的中点O ,在正△PAB 中,PO ⊥AB ,而侧面PAB ⊥底面ABCD ,侧面PAB ∩底面ABCD =AB ,且PO ⊂平面PAB ,∴PO ⊥底面ABCD ,在△PAB 中过点M 作MF ⎳PO 交AB 于点F ,∴MF ⊥底面ABCD ,∴∠MCF 为CM 与底面ABCD 所成角,∴MF CF=311,设AB =6a ,则MF=3a,∴CF=11a,BF=MF3=a,则在直角梯形ABCD中,AF=5a,而CD=12a,则AD=11a2-12a-5a2=62a,在底面ABCD上过点O作OG⊥AC于点G,则∠PGO是二面角P-AC-B的平面角,易得OA=3a,AC=66a,在梯形ABCD中,由OAOG=ACAD⇒3aOG=66a62a,得OG=3a,在Rt△POG中,PG=30a,∴cos∠PGO=OGPG=1010.7(2024·安徽·模拟预测)2023年12月19日至20日,中央农村工作会议在北京召开,习近平主席对“三农”工作作出指示.某地区为响应习近平主席的号召,积极发展特色农业,建设蔬菜大棚.如图所示的七面体ABG-CDEHF是一个放置在地面上的蔬菜大棚钢架,四边形ABCD是矩形,AB=8m,AD=4m,ED=CF=1m,且ED,CF都垂直于平面ABCD,GA=GB=5m,HE=HF,平面ABG⊥平面ABCD.(1)求点H到平面ABCD的距离;(2)求平面BFHG与平面AGHE所成锐二面角的余弦值.【答案】(1)4(2)413【分析】(1)取AB,CD的中点M,N,证得平面ADE⎳平面MNHG,得到AE⎳GH,再由平面ABG⎳平面CDEHG,证得AG⎳EH,得到平行四边形AGHE,得到GH=AE,求得HN=4,结合HN⊥平面ABCD,即可求解;(2)以点N为原点,建立空间直角坐标系,分别求得平面BFHG和平面AGHE的法向量n =(1,3,4)和m =(1,-3,4),结合向量的夹角公式,即可求解.【详解】(1)如图所示,取AB,CD的中点M,N,连接GM,MN,HN,因为GA=GB,可得GM⊥AB,又因为平面ABG⊥平面ABCD,且平面ABG∩平面ABCD=AB,GM⊂平面ABG,所以GM⊥平面ABCD,同理可得:HN⊥平面ABCD,因为ED⊥平面ABCD,所以ED⎳HN,又因为ED⊄平面MNHG,HN⊂平面MNHG,所以ED⎳平面MNHG,因为MN⎳AD,且AD⊄平面MNHG,MN⊂平面MNHG,所以AD⎳平面MNHG,又因为AD∩DE=D,且AD,DE⊂平面ADE,所以平面ADE⎳平面MNHG,因为平面AEHG与平面ADE和平面MNHG于AE,GH,可得AE⎳GH,又由GM⎳HN,AB⎳CD,且AB∩GM=M和CD∩HN=N,所以平面ABG⎳平面CDEHG,因为平面AEHG与平面ABG和平面CDEHF于AG,EH,所以AG⎳EH,可得四边形AGHE 为平行四边形,所以GH =AE ,因为AE =AD 2+DE 2=42+12=17,所以GH =17,在直角△AMG ,可得GM =GB 2-AB 22=52-42=3,在直角梯形GMNH 中,可得HN =3+17-42=4,因为HN ⊥平面ABCD ,所以点H 到平面ABCD 的距离为4.(2)解:以点N 为原点,以NM ,NC ,NH 所在的直线分别为x ,y ,z 轴,建立空间直角坐标系,如图所示,则E (0,-4,1),F (0,4,1),G (4,0,3),H (0,0,4),可得HE =(0,-4,-3),HF =(0,4,-3),HG=(4,0,-1),设平面BFHG 的法向量为n=(x ,y ,z ),则n ⋅HG=4x -z =0n ⋅HF=4y -3z =0,取z =4,可得x =1,y =3,所以n=(1,3,4),设平面AGHE 的法向量为m=(a ,b ,c ),则m ⋅HG=4a -c =0m ⋅HE=-4b -3c =0,取c =4,可得a =1,b =-3,所以m=(1,-3,4),则cos m ,n =m ⋅n m n=1-9+161+9+16⋅1+9+16=413,即平面BFHG 与平面AGHE 所成锐二面角的余弦值413.8(2024·重庆·模拟预测)如图,ACDE 为菱形,AC =BC =2,∠ACB =120°,平面ACDE ⊥平面ABC ,点F 在AB 上,且AF =2FB ,M ,N 分别在直线CD ,AB 上.(1)求证:CF ⊥平面ACDE ;(2)把与两条异面直线都垂直且相交的直线叫做这两条异面直线的公垂线,若∠EAC =60°,MN 为直线CD ,AB 的公垂线,求ANAF的值;(3)记直线BE 与平面ABC 所成角为α,若tan α>217,求平面BCD 与平面CFD 所成角余弦值的范围.【答案】(1)证明见解析(2)AN AF=913(3)528,255 【分析】(1)先通过余弦定理及勾股定理得到CF ⊥AC ,再根据面面垂直的性质证明;(2)以C 为原点,CA 的方向为x 轴正方向,建立如图所示空间直角坐标系C -xyz ,利用向量的坐标运算根据MN ⋅CD =0MN ⋅AF =0,列方程求解即可;(3)利用向量法求面面角,然后根据tan α>217列不等式求解.【详解】(1)AB 2=AC 2+BC 2-2AC ⋅BC ⋅cos ∠ACB =12,AB =23,AF =2FB ,所以AF =433,CF=13CA +23CB ,CF 2=19CA 2+49CB 2+49CA ⋅CB =43,AC 2+CF 2=4+43=163=AF 2,则CF ⊥AC ,又因为平面ACDE ⊥平面ABC ,平面ACDE ∩平面ABC =AC ,CF ⊂面ABC ,故CF ⊥平面ACDE ;(2)以C 为原点,CA 的方向为x 轴正方向,建立如图所示空间直角坐标系C -xyz ,由∠EAC =60°,可得∠DCA =120°,DC =2,所以C 0,0,0 ,D -1,0,3 ,A 2,0,0 ,F 0,233,0 所以AF =-2,233,0 ,CD =-1,0,3 ,设AN =λAF =-2λ,233λ,0 ,则N 2-2λ,233λ,0 ,设CM =μCD ,则M -μ,0,3μ ,MN =2-2λ+μ,233λ,-3μ ,由题知,MN ⋅CD=0MN ⋅AF =0 ⇒2λ-2-μ-3μ=04λ-4-2μ+43λ=0 ,解得λ=913,μ=-213,故AN AF=913;(3)B -1,3,0 ,设∠EAC =θ,则E 2-2cos θ,0,2sin θ ,BE=3-2cos θ,-3,2sin θ ,可取平面ABC 的法向量n=0,0,1 ,则sin α=cos n ,BE=n ⋅BEn ⋅BE =2sin θ 3-2cos θ 2+3+4sin 2θ=sin θ4-3cos θ,cos α=4-3cos θ-sin 2θ4-3cos θ,则tan α=sin θ4-3cos θ-sin 2θ>217,整理得10cos 2θ-9cos θ+2<0,故cos θ∈25,12,CF =0,23,0,CD =-2cos θ,0,2sin θ ,CB =-1,3,0 ,记平面CDF 的法向量为n 1 =x ,y ,z ,则有n 1 ⋅CD =0n 1 ⋅CF =0 ⇒-2x cos θ+2z sin θ=023y =0,可得n 1=sin θ,0,cos θ ,记平面CBD 的法向量为n 2 =a ,b ,c ,则有n 2 ⋅CD=0n 2 ⋅CB =0 ⇒-2a cos θ+2c sin θ=0-a +3b =0,可得n 2=3sin θ,sin θ,3cos θ ,记平面BCD 与平面CFD 所成角为γ,则cos γ=cos n 1 ,n 2 =33+sin 2θ,cos θ∈25,12 ,所以sin 2θ∈34,2125 ,3+sin 2θ∈152,465 ,故cos γ=33+sin 2θ∈528,255 .9(2024·安徽·二模)将正方形ABCD 绕直线AB 逆时针旋转90°,使得CD 到EF 的位置,得到如图所示的几何体.(1)求证:平面ACF ⊥平面BDE ;(2)点M 为DF上一点,若二面角C -AM -E 的余弦值为13,求∠MAD .【答案】(1)证明见解析(2)∠MAD =45°【分析】(1)根据面面与线面垂直的性质可得BD ⊥AF ,结合线面、面面垂直的判定定理即可证明;(2)建立如图空间直角坐标系,设∠MAD =α,AB =1,利用空间向量法求出二面角C -AM -E 的余弦值,建立方程1-sin αcos α1+sin 2α1+cos 2α=13,结合三角恒等变换求出α即可.【详解】(1)由已知得平面ABCD ⊥平面ABEF ,AF ⊥AB ,平面ABCD ∩平面ABEF =AB ,AF ⊂平面ABEF ,所以AF ⊥平面ABCD ,又BD ⊂平面ABCD ,故BD ⊥AF ,因为ABCD 是正方形,所以BD ⊥AC ,AC ,AF ⊂平面ACF ,AC ∩AF =A ,所以BD ⊥平面ACF ,又BD ⊂平面BDE ,所以平面ACF ⊥平面BDE .(2)由(1)知AD ,AF ,AB 两两垂直,以AD ,AF ,AB 所在直线分别为x ,y ,z 轴,建立空间直角坐标系,如图.设∠MAD =α,AB =1,则A 0,0,0 ,M cos α,sin α,0 ,C 1,0,1 ,E 0,1,1 ,故AM =cos α,sin α,0 ,AC =1,0,1 ,AE =0,1,1设平面AMC 的法向量为m =x 1,y 1,z 1 ,则m ⋅AC =0,m ⋅AM=0故x 1+z 1=0x 1cos α+y 1sin α=0,取x 1=sin α,则y 1=-cos α,z 1=-sin α所以m=sin α,-cos α,-sin α设平面AME 的法向量为n =x 2,y 2,z 2 ,n ⋅AE =0,n ⋅AM=0故y 2+z 2=0x 2cos α+y 2sin α=0,取x 2=sin α,则y 2=-cos α,z 2=cos α所以n=sin α,-cos α,cos α ,所以cos m ,n =1-sin αcos α1+sin 2α1+cos 2α,由已知得1-sin αcos α1+sin 2α1+cos 2α=13,化简得:2sin 22α-9sin2α+7=0,解得sin2α=1或sin2α=72(舍去)故α=45°,即∠MAD =45°.10(2024·安徽黄山·二模)如图,已知AB 为圆台下底面圆O 1的直径,C 是圆O 1上异于A ,B 的点,D 是圆台上底面圆O 2上的点,且平面DAC ⊥平面ABC ,DA =DC =AC =2,BC =4,E 是CD 的中点,BF =2FD .(1)证明:DO 2⎳BC ;(2)求直线DB 与平面AEF 所成角的正弦值.【答案】(1)证明见解析(2)68585【分析】(1)取AC 的中点O ,根据面面垂直的性质定理,可得DO ⊥平面ABC ,即可求证DO 2⎳OO 1,进而可证矩形,即可根据线线平行以及平行的传递性求解.(2)建系,利用向量法,求解法向量n =1,-12,3 与方向向量DB =(-1,4,-3)的夹角,即可求解.【详解】(1)证明:取AC 的中点为O ,连接DO ,OO 1,O 1O 2,∵DA =DC ,O 为AC 中点,∴DO ⊥AC ,又平面DAC ⊥平面ABC ,且平面DAC ∩平面ABC =AC ,DO ⊂平面DAC ,∴DO ⊥平面ABC ,∴DO ⎳O 1O 2,DO =O 1O 2,故四边形DOO 1O 2为矩形,∴DO 2⎳OO 1,又O ,O 1分别是AC ,AB 的中点,∴OO 1⎳BC ,∴DO 2⎳BC ;(2)∵C 是圆O 1上异于A ,B 的点,且AB 为圆O 1的直径,∴BC ⊥AC ,∴OO 1⊥AC ,∴如图以O 为原点建立空间直角坐标系,由条件知DO =3,∴A (1,0,0),B (-1,4,0),C (-1,0,0),D (0,0,3),∴E -12,0,32 ,设F (x ,y ,z ),∴BF =(x +1,y -4,z ),FD=(-x ,-y ,3-z ),由BF =2FD ,得F -13,43,233 ,∴AF =-43,43,233 ,∴DB =(-1,4,-3),AE =-32,0,32 ,设平面AEF 法向量为n=(x 1,y 1,z 1),则n ⋅AE=-32x 1+32z 1=0n ⋅AF =-43x 1+43y 1+233z 1=0,取n =1,-12,3 ,设直线BD 与平面AEF 所成角为θ,则sin θ=|cos <n ,DB>|=625⋅172=68585∴直线BD 与平面AEF 所成角的正弦值为68585.11(2024·黑龙江哈尔滨·一模)正四棱台ABCD -A 1B 1C 1D 1的下底面边长为22,A 1B 1=12AB ,M 为BC 中点,已知点P 满足AP =1-λ AB +12λ⋅AD +λAA 1,其中λ∈0,1 .(1)求证D 1P ⊥AC ;(2)已知平面AMC 1与平面ABCD 所成角的余弦值为37,当λ=23时,求直线DP 与平面AMC 1所成角的正弦值.【答案】(1)证明见解析(2)241391【分析】(1)方法一运用空间向量的线性运算,进行空间位置关系的向量证明即可.方法二:建立空间直角坐标系,进行空间位置关系的向量证明即可.(2)建立空间直角坐标系,利用线面角的向量求法求解即可.【详解】(1)方法一:∵A 1B 1=12AB ,∴AA 1 ⋅AB =AA 1 ⋅AD =22×22=2.∵D 1A =-12AD-AA 1∴D 1P =D 1A +AP =1-λ AB +12λ-12AD+λ-1 AA 1∴D 1P ⋅AC =1-λ AB +12λ-12AD +λ-1 AA 1 ⋅AB +AD =1-λ AB 2+12λ-12 AD2+λ-1 AB ⋅AA 1 +λ-1 AD ⋅AA 1=81-λ +812λ-12+4λ-1 =0.∴D 1P ⊥AC ,即D 1P ⊥AC .方法二:以底面ABCD 的中心O 为原点,以OM 方向为y 轴,过O 点平行于AD 向前方向为x 轴,以过点O 垂直平面ABCD 向上方向为z 轴,建立如图所示空间直角坐标系,设正四棱台的高度为h ,则有 A 2,-2,0 ,B 2,2,0 ,C -2,2,0 ,D -2,-2,0 ,A 122,-22,h ,C 1-22,22,h ,D 1-22,-22,h ,M 0,2,0 ,AC =-22,22,0AP =1-λ 0,22,0 +12λ-22,0,0 +λ-22,22,0 =-322λ,22-322λ,λhD 1A =322,-22,-h ,D 1P =D 1A +AP =-322λ+322,-322λ+322,λh -h .故AC ⋅D 1P=0,所以D 1P ⊥AC .(2)设平面ABCD 的法向量为n=0,0,1 ,设平面AMC 1的法向量为m =x ,y ,z ,AM =-2,22,0 ,AC 1 =-322,322,h ,则有AM ⋅m=0AC 1 ⋅m=0 ,即-2x +22y =0-322x +322y +hz =0,令x =22h ,则m=22h ,2h ,3 .又题意可得cos m ,n =38h 2+2h 2+9=37,可得h =2.因为λ=23,经过计算可得P 0,0,43 ,D 1-22,-22,2 ,D 1P =2,2,43.将h =2代入,可得平面AMC 1的法向量m=42,22,3 .设直线DP 与平面AMC 1所成角的为θsin θ=cos DP ,m =8+4+42+2+16932+8+9=241391.12(2024·辽宁·三模)如图,在三棱柱ABC -A 1B 1C 1中,侧面ACC 1A 1⊥底面ABC ,AC =AA 1=2,AB =1,BC =3,点E 为线段AC 的中点.(1)求证:AB 1∥平面BEC 1;(2)若∠A 1AC =π3,求二面角A -BE -C 1的余弦值.【答案】(1)证明见详解(2)-22【分析】(1)连接BC 1,交B 1C 于点N ,连接NE ,利用线面平行的判定定理证明;(2)由已知可知,△AA 1C 为等边三角形,故A 1E ⊥AC ,利用面面垂直的性质定理可证得A 1E ⊥底面ABC ,进而建立空间直角坐标系,利用向量法即可求二面角余弦值.【详解】(1)连接BC 1,交B 1C 于点N ,连接NE ,因为侧面BCC 1B 1是平行四边形,所以N 为B 1C 的中点,又因为点E 为线段AC 的中点,所以NE ⎳AB 1,因为AB 1⊄面BEC 1,NE ⊂面BEC 1,所以AB 1⎳面BEC 1.(2)连接A 1C ,A 1E ,因为∠A 1AC =π3,AC =AA 1=2,所以△AA 1C 为等边三角形,A 1C =2,因为点E 为线段AC 的中点,所以A 1E ⊥AC ,因为侧面ACC 1A 1⊥底面ABC ,平面ACC 1A 1∩平面ABC =AC ,A 1E ⊂平面ACC 1A 1,所以A 1E ⊥底面ABC ,过点E 在底面ABC 内作EF ⊥AC ,如图以E 为坐标原点,分布以EF ,EC ,EA 1 的方向为x ,y ,z 轴正方向建立空间直角坐标系,则E 0,0,0 ,B 32,-12,0 ,C 10,2,3 ,所以EB =32,-12,0 ,EC 1 =0,2,3 ,设平面BEC 1的法向量为m=x ,y ,z ,则m ⋅EB =32x -12y =0m ⋅EC 1=2y +3z =0,令x =1,则y =3,z =-2,所以平面BEC 1的法向量为m=1,3,-2 ,又因为平面ABE 的法向量为n=0,0,1 ,则cos m ,n =-21+3+4=-22,经观察,二面角A -BE -C 1的平面角为钝角,所以二面角A -BE -C 1的余弦值为-22.13(2024·广东广州·一模)如图,在四棱锥P -ABCD 中,底面ABCD 是边长为2的菱形,△DCP 是等边三角形,∠DCB =∠PCB =π4,点M ,N 分别为DP 和AB 的中点.(1)求证:MN ⎳平面PBC ;(2)求证:平面PBC ⊥平面ABCD ;(3)求CM 与平面PAD 所成角的正弦值.【答案】(1)证明见解析;(2)证明见解析;(3)33.【分析】(1)取PC 中点E ,由已知条件,结合线面平行的判断推理即得.(2)过P 作PQ ⊥BC 于点Q ,借助三角形全等,及线面垂直的判定、面面垂直的判定推理即得.(3)建立空间直角坐标系,利用线面角的向量求法求解即得.【详解】(1)取PC 中点E ,连接ME ,BE ,由M 为DP 中点,N 为AB 中点,得ME ⎳DC ,ME =12DC ,又BN ⎳CD ,BN =12CD ,则ME ⎳BN ,ME =BN ,因此四边形BEMN 为平行四边形,于是MN ⎳BE ,而MN ⊄平面PBC ,BE ⊂平面PBC ,所以MN ⎳平面PBC .(2)过P 作PQ ⊥BC 于点Q ,连接DQ ,由∠DCB =∠PCB =π4,CD =PC ,QC =QC ,得△QCD ≌△QCP ,则∠DQC =∠PQC =π2,即DQ ⊥BC ,而PQ =DQ =2,PQ 2+DQ 2=4=PD 2,因此PQ ⊥DQ ,又DQ ∩BC =Q ,DQ ,BC ⊂平面ABCD ,则PQ ⊥平面ABCD ,PQ ⊂平面PBC ,所以平面PBC ⊥平面ABCD .(3)由(2)知,直线QC ,QD ,QP 两两垂直,以点Q 为原点,直线QC ,QD ,QP 分别为x ,y ,z 轴建立空间直角坐标系,则C (2,0,0),P (0,0,2),D (0,2,0),M 0,22,22,A (-2,2,0),CM =-2,22,22,AD =(2,0,0),DP =(0,-2,2),设平面PAD 的一个法向量n =(x ,y ,z ),则n ⋅AD=2x =0n ⋅DP=-2y +2z =0,令y =1,得n=(0,1,1),设CM 与平面PAD 所成角为θ,sin θ=|cos ‹CM ,n ›|=|CM ⋅n||CM ||n |=23⋅2=33,所以CM 与平面PAD 所成角的正弦值是33.14(2024·广东梅州·二模)如图,在四棱锥P -ABCD 中,平面PAD ⊥平面ABCD ,底面ABCD 为直角梯形,△PAD 为等边三角形,AD ⎳BC ,AD ⊥AB ,AD =AB =2BC =2.(1)求证:AD ⊥PC ;(2)点N 在棱PC 上运动,求△ADN 面积的最小值;(3)点M 为PB 的中点,在棱PC 上找一点Q ,使得AM ⎳平面BDQ ,求PQQC的值.【答案】(1)证明见解析(2)2217(3)4【分析】(1)取AD 的中点H ,连接PH ,CH ,依题意可得四边形ABCH 为矩形,即可证明CH ⊥AD ,再由PH ⊥AD ,即可证明AD ⊥平面PHC ,从而得证;(2)连接AC 交BD 于点G ,连接MC 交BQ 于点F ,连接FG ,即可得到CG AG=12,再根据线面平行的性质得到CF FM =12,在△PBC 中,过点M 作MK ⎳PC ,即可得到MKCQ=2,最后由PQ =2MK 即可得解.【详解】(1)取AD 的中点H ,连接PH ,CH ,则AH ⎳BC 且AH =BC ,又AD ⊥AB ,所以四边形ABCH 为矩形,所以CH ⊥AD ,又△PAD 为等边三角形,所以PH ⊥AD ,PH ∩CH =H ,PH ,CH ⊂平面PHC ,所以AD ⊥平面PHC ,又PC ⊂平面PHC ,所以AD ⊥PC .(2)连接HN ,由AD ⊥平面PHC ,又HN ⊂平面PHC ,所以AD ⊥HN ,所以S △ADH =12AD ⋅HN =HN ,要使△ADN 的面积最小,即要使HN 最小,当且仅当HN ⊥PC 时HN 取最小值,因为平面PAD ⊥平面ABCD ,平面PAD ∩平面ABCD =AD ,PH ⊂平面PAD ,所以PH ⊥平面ABCD ,又HC ⊂平面ABCD ,所以PH ⊥HC ,在Rt △HPC 中,CH =2,PH =3,所以PC =CH 2+PH 2=7,当HN ⊥PC 时HN =PH ⋅CH PC =237=2217,所以△ADN 面积的最小值为2217.(3)连接AC 交BD 于点G ,连接MC 交BQ 于点F ,连接FG ,因为AD ⎳BC 且AD =2BC =2,所以△CGB ∽△AGD ,所以CG AG =BC AD=12,因为AM ⎳平面BDQ ,又AM ⊂平面ACM ,平面BDQ ∩平面ACM =GF ,所以GF ⎳AM ,所以CF FM =CG AG=12,在△PBC 中,过点M 作MK ⎳PC ,则有MK CQ =MF CF=2,所以PQ =2MK ,所以PQ =2MK =4CQ ,即PQQC=415(2024·广东广州·模拟预测)如图所示,圆台O 1O 2的轴截面A 1ACC 1为等腰梯形,AC =2AA 1=2A 1C 1=4,B 为底面圆周上异于A ,C 的点,且AB =BC ,P 是线段BC 的中点.(1)求证:C 1P ⎳平面A 1AB .(2)求平面A 1AB 与平面C 1CB 夹角的余弦值.【答案】(1)证明见解析(2)17【分析】(1)取AB 的中点H ,连接A 1H ,PH ,证明四边形A 1C 1PH 为平行四边形,进而得C 1P ⎳A 1H ,即可证明;(2)建立空间直角坐标系,求两平面的法向量,利用平面夹角公式求解.【详解】(1)取AB 的中点H ,连接A1H ,PH ,如图所示,因为P 为BC 的中点,所以PH ⎳AC ,PH =12AC .在等腰梯形A 1ACC 1中,A 1C 1⎳AC ,A 1C 1=12AC ,所以HP ⎳A 1C 1,HP =A 1C 1,所以四边形A 1C 1PH 为平行四边形,所以C 1P ⎳A 1H ,又A 1H ⊂平面A 1AB ,C 1P ⊄平面A 1AB ,所以C 1P ⎳平面A 1AB .(2)因为AB =BC ,故O 2B ⊥AC ,以直线O 2A ,O 2B ,O 2O 1分别为x ,y ,z 轴,建立空间直角坐标系,如图所示,在等腰梯形A 1ACC 1中,AC =2AA 1=2A 1C 1=4,此梯形的高为h =AA 21-AC -A 1C 122= 3.因为A 1C 1=12AC ,A 1C 1⎳AC ,。
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立体几何大题20道
1、(17年浙江)如图,已知四棱锥P-ABCD ,△PAD 是以AD 为斜边的等腰直角三角形,BC ∥AD ,CD ⊥AD ,PC=AD=2DC=2CB,E 为PD 的中点.(I )证明:CE ∥平面PAB ;(II )求直线CE 与平面PBC 所成角的正弦值
2、(17新课标3)如图,四面体ABCD 中,△ABC 是正三角形,AD =CD .(1)证明:AC ⊥BD ;(2)已知△ACD 是直角三角形,AB =BD .若E 为棱BD 上与D 不重合的点,且AE ⊥EC ,求四面体ABCE 与四面体ACDE 的体积比.
3、(17新课标2)如图,四棱锥P ABCD -中,侧面PAD 为等边三角形且垂直于底ABCD ,
1
,2
AB BC AD BAD ==
∠90.ABC =∠=︒(1)证明:直线BC ∥平面PAD ; (2)若△PCD 的面积为27,求四棱锥P ABCD -的体积.
4、(17新课标1)如图,在四棱锥P-ABCD 中,AB//CD ,且90BAP CDP ∠=∠=(1)证明:平面PAB ⊥平面PAD ;
(2)若PA =PD =AB =DC ,90APD ∠=,且四棱锥P-ABCD 的体积为
8
3
,求该四棱锥的侧面积.
5、(17年山东)由四棱柱ABCD -A 1B 1C 1D 1截去三棱锥C 1- B 1CD 1后得到的几何体如图所示,四边形ABCD 为正方形,O 为AC 与BD 的交点,E 为AD 的中点,A 1E ⊥平面ABCD , (Ⅰ)证明:1A O ∥平面B 1CD 1;
(Ⅱ)设M 是OD 的中点,证明:平面A 1EM ⊥平面B 1CD 1.
6、(17年北京)如图,在三棱锥P –ABC 中,PA ⊥AB ,PA ⊥BC ,AB ⊥BC ,PA =AB =BC =2,D 为线段AC 的中点,E 为线段PC 上一点.(Ⅰ)求证:PA ⊥BD ;(Ⅱ)求证:平面BDE ⊥平面PAC ; (Ⅲ)当PA ∥平面BD E 时,求三棱锥E –BCD 的体积.
7、(16年北京)如图,在四棱锥P-ABCD 中,PC ⊥平面ABCD ,,AB DC DC AC ⊥∥ (I )求证:DC PAC ⊥平面;(II )求证:PAB PAC ⊥平面平面;
(III)设点E 为AB 的中点,在棱PB 上是否存在点F ,使得PA CEF ∥平面?说明理由.
8、(16年山东)在如图所示的几何体中,D 是AC 的中点,EF ∥DB. (I )已知AB=BC ,AE=EC.求证:AC ⊥FB ;
(II )已知G,H 分别是EC 和FB 的中点.求证:GH ∥平面ABC.
9、(16年上海)将边长为1的正方形AA 1O 1O (及其内部)绕OO 1旋转一周形成圆柱,如图,AC 长为56
π
,11A B 长为
3
π
,其中B 1与C 在平面AA 1O 1O 的同侧. (1)求圆柱的体积与侧面积;
(2)求异面直线O 1B 1与OC 所成的角的大小.
10、如图,在四棱锥P-ABCD中,PA⊥CD,AD∥BC,∠ADC=∠PAB=90°,
1
2 BC CD AD
==。
(I)在平面PAD内找一点M,使得直线CM∥平面PAB,并说明理由;
(II)证明:平面PAB⊥平面PBD。
D
C
B
A
P
11、(16年新课标1)如图,在已知正三棱锥P-ABC的侧面是直角三角形,P A=6,顶点P在平面ABC内的正投影为点D,D在平面PAB内的正投影为点E,连接PE并延长交AB于点G.
(I)证明:G是AB的中点;
(II)在答题卡第(18)题图中作出点E在平面P AC内的正投影F(说明作法及理由),并求四面体PDEF的体积.P
A
B
D C
G
E
12、(16新课标2)如图,菱形ABCD的对角线AC与BD交于点O,点E、F分别在AD,CD上,AE=CF,EF交BD 于点H,将DEF
∆沿EF折到'
D EF
∆的位置.
(I)证明:'
AC HD
⊥;
(II)若
5
5,6,,'22
4
AB AC AE OD
====,求五棱锥'ABCEF
D-体积.
13、(16新课标3)如图,四棱锥P-ABCD中,PA⊥底面ABCD,AD∥BC,AB=AD=AC=3,PA=BC=4,M为线段AD上一点,AM=2MD,N为PC的中点.
(I)证明MN∥平面PAB;
(II)求四面体N-BCM的体积.
14、(2013·陕西,18,12分)如图,四棱柱ABCD-A1B1C1D1的底面ABCD是正方形,O是底面中心,A1O ⊥底面ABCD,AB=AA1= 2.(1)证明:平面A1BD∥平面CD1B1;(2)求三棱柱ABD-A1B1D1的体积.
15、(2016·宁夏银川二模,18,12分)如图1,在直角梯形ABCD中,∠ADC=90°,CD∥AB,AD=CD
=1
2AB=2,点E为AC中点.将△ADC沿AC折起,使平面ADC⊥平面ABC,得到几何体D-ABC,如
图2所示.(1)在CD上找一点F,使AD∥平面EFB;
(2)求点C到平面ABD的距离.
16、(2015·山东,18,12分,中)如图,三棱台DEF-ABC中,AB=2DE,G,H分别为AC,BC的中点.
(1)求证:BD∥平面FGH;
(2)若CF⊥BC,AB⊥BC,求证:平面BCD⊥平面EGH.
17、(2014·课标Ⅰ,19,12分,中)如图,三棱柱ABC-A1B1C1中,侧面BB1C1C为菱形,B1C的中点为O,且AO⊥平面BB1C1C.(1)证明:B1C⊥AB;
(2)若AC⊥AB1,∠CBB1=60°,BC=1,求三棱柱ABC-A1B1C1的高.
18、(2014·辽宁,19,12分)如图,△ABC和△BCD所在平面互相垂直,且AB=BC=BD=2,∠ABC=∠DBC=120°,E,F,G分别为AC,DC,AD的中点.
(1)求证:EF⊥平面BCG;
19、(2015·课标Ⅰ,18,12分)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
6
3,求该三棱锥
的侧面积.
20、(2016·江苏扬州二模,16,14分)如图1,在边长为4的菱形ABCD中,∠DAB=60°,点E,F分别是边CD,CB的中点,AC∩EF=O.沿EF将△CEF翻折到△PEF,连接P A,PB,PD,得到如图2的五棱锥P-ABFED,且PB=10.
(1)求证:BD⊥平面POA;
(2)求四棱锥P-BFED的体积.。