五年高考真题分类汇编 立体几何
立体几何(解答题)——大数据之五年(2018-2022)高考真题汇编(新高考卷与全国理科)(附解析)
立体几何（解答题）——大数据之五年（2018-2022）高考真题汇编（新高考卷与全国理科）一、解答题1．如图， PO 是三棱锥 P−ABC 的高， PA =PB ， AB ⊥AC ，E 是 PB 的中点．（1）求证： OE ∥ 平面 PAC ；（2）若 ∠ABO =∠CBO =30° ， PO =3 ， PA =5 ，求二面角 C−AE−B 的正弦值．【答案】（1）证明：连接 BO 并延长交 AC 于点 D ，连接 OA 、 PD ，因为 PO 是三棱锥 P−ABC 的高，所以 PO ⊥ 平面 ABC ， AO ，BO ⊂ 平面 ABC ，所以 PO ⊥AO 、 PO ⊥BO ，又 PA =PB ，所以 △POA≅△POB ，即 OA =OB ，所以 ∠OAB =∠OBA ，又 AB ⊥AC ，即 ∠BAC =90° ，所以 ∠OAB +∠OAD =90° ， ∠OBA +∠ODA =90° ，所以 ∠ODA =∠OAD所以 AO =DO ，即 AO =DO =OB ，所以 O 为 BD 的中点，又 E 为 PB 的中点，所以 OE //PD ，又 OE⊄ 平面 PAC ， PD ⊂ 平面 PAC ，所以 OE // 平面 PAC（2）解：过点 A 作 AF‖OP ，以AB 为 x 轴，AC 为 y 轴，AF 为z 轴建立如图所示的空问直角坐标系. 因为 PO =3，PA =5 ，由(1) OA =OB =4 ，义 ∠ABO =∠CBO =30°，所以， AB =43 ，所以 P(23，2，3)，B(43，0，0) ， A(0，0，0) ， E (33，1，32) ，设 AC =a ，则 C(0，a ，0) ，平面AEB 的法向量设为 n 1=(x ，y ，z)，AB =(43，0，0)，AE =(33，1，32)AB ⋅n 1=0AE ⋅n 1=0，所以 43x =033x +y +32z =0，所以 x =0 ，设 z =−2 ，则 y =3 ，所以 n 1=(0，3，−2) ：平面AEC 的法向量设为 n 2=(x ，y ，z)，AC =(0，a ，0)，AE =(33，1，32)AC ⋅n 2=0AE ⋅n 2=0，所以 ay =033x +y +32z =0 ，所以 y =0 ，设 x =3 ，则 z =−6 ，阦以 n 2=(3，0，−6) ：所以 cos 〈n 1，n 2〉n 1n 22=1213×39=12133=4313二面角 C−AE−B 的平面角为 θ ，则 sin θ=1−cos 2θ=1113 ，所以二面角 C−AE−B 的正弦值为 1113。
【创新方案】(人教通用版)高考数学 五年高考真题分类汇编 第七章 立体几何 理
五年高考真题分类汇编：立体几何一、选择题1.（2013·湖南高考理）已知棱长为1的正方体的俯视图是一个面积为1的正方形，则该正方体的正视图的面积不可能等于 ( )A ．1 B. 2 C.2－12 D.2＋12【解析】选C 本小题主要考查三视图及考生的空间想象能力，考查函数与方程思想．由题可知正方体的底面与水平面平行，先把正方体正放，然后将正方体按某一侧棱逆时针旋转，易知当正方体正放时，其正视图的面积最小，为1×1＝1；当正方体逆时针旋转45°时，其正视图的面积最大，为1×2＝ 2.而2－12<1，所以正方体的正视图的面积不可能等于2－12. 2．（2013·辽宁高考理）已知直三棱柱ABC A 1B 1C 1的6个顶点都在球O 的球面上，若AB ＝3，AC ＝4，AB ⊥AC ，AA 1＝12，则球O 的半径为 ( ) A.3172 B ．210 C.132D ．310 【解析】选C本题主要考查多面体、球等基本概念以及如何根据组合体中的位置关系进行准确计算，意在考查考生的空间想象能力、运算求解能力以及转化思想．如图，由球心作平面ABC 的垂线，则垂足为BC 的中点M .又AM ＝12BC ＝52，OM ＝12AA 1＝6，所以球O 的半径R ＝OA ＝ ⎝ ⎛⎭⎪⎫522＋62＝132. 3．（2013·安徽高考理）在下列命题中，不是公理的是 ( )A ．平行于同一个平面的两个平面相互平行B ．过不在同一条直线上的三点，有且只有一个平面C ．如果一条直线上的两点在一个平面内，那么这条直线上所有的点都在此平面内D ．如果两个不重合的平面有一个公共点， 那么他们有且只有一条过该点的公共直线【解析】选A 本题考查了立体几何中的公理与定理，意在要考生注意回归课本，明白最基本的公理与定理．注意公理是不用证明的，定理是要求证明的．选项A 是面面平行的性质定理，是由公理推证出来的，而公理是不需要证明的．4．（2013·浙江高考理）在空间中，过点A 作平面π的垂线，垂足为B ，记B ＝f π(A )．设α，β是两个不同的平面，对空间任意一点P ，Q 1＝f β[f α(P )]，Q 2＝f α[f β(P )]，恒有PQ 1＝PQ 2，则 ( )A ．平面α与平面β垂直B ．平面α与平面β所成的(锐)二面角为45°C ．平面α与平面β平行D ．平面α与平面β所成的(锐)二面角为60°【解析】选A 本题考查直线与平面、平面与平面的位置关系的判定与性质，考查二面角的平面角的概念，考查阅读理解、空间想象能力以及动手操作能力．简化问题，不妨取点P ∈α，根据题意，A 中不妨取正方体的一组相邻面，检验可能成立；B 中取正方体的一个底面及与其成45°的一个体对角面，则PQ 1＝1时，PQ 2＝22，不成立；C 中取正方体的一组相对的面，明显有PQ 1＝1，PQ 2＝0，不成立；D 中与B 类似有PQ 1＝3时，PQ 2＝32，不成立，故选A.也可以通过折纸的方法很快解决．5．（2013·重庆高考理）某几何体的三视图如图所示，则该几何体的体积为 ( )A.5603B.5803C ．200D ．240 【解析】选C本题考查三视图，意在考查考生的空间想象能力．由三视图可得该几何体是直四棱柱，其底面为上底为2，下底为8，高为4的等腰梯形，棱柱高为10，如图所示，故体积V ＝12×(2＋8)×4×10＝200.6．（2013·新课标Ⅰ高考理）如图，有一个水平放置的透明无盖的正方体容器，容器高8 cm ，将一个球放在容器口，再向容器内注水，当球面恰好接触水面时测得水深为6 cm ，如果不计容器的厚度，则球的体积为 ( )A.500π3cm 3 B.866π3 cm 3 C.1 372π3 cm 3D.2 048π3cm 3 【解析】选A 本题考查正方体和球组成的组合体、球的体积的计算，意在考查考生的空间想象能力、转化化归能力以及运用体积公式进行计算的能力．解题时，先根据已知条件分析出正方体的上底面到球心的距离为(R －2) cm(其中R 为球半径)，再利用球半径、球心距和截面圆半径构成的直角三角形求出球半径，进而计算出球的体积．设球半径为R cm ，根据已知条件知正方体的上底面与球相交所得截面圆的半径为4 cm ，球心到截面的距离为(R －2) cm ，所以由42＋(R －2)2＝R 2，得R ＝5，所以球的体积V ＝43πR 3＝43π×53＝500π3cm 3，选择A.7.（2013·新课标Ⅰ高考理）某几何体的三视图如图所示，则该几何体的体积为 ( )A ．16＋8πB ．8＋8πC ．16＋16πD ．8＋16π【解析】选A 本题考查空间组合体的三视图及组合体的体积计算，意在考查考生的识图能力、空间想象能力以及计算能力．先根据三视图判断出组合体的结构特征，再根据几何体的体积公式进行计算．根据三视图可以判断该几何体由上、下两部分组成，其中上面部分为长方体，下面部分为半个圆柱，所以组合体的体积为2×2×4＋12π×22×4＝16＋8π，选择A.8.（2013·新课标Ⅱ高考理）已知m，n为异面直线，m⊥平面α，n⊥平面β.直线l满足l⊥m，l⊥n，l⊄α，l⊄β，则 ( ) A．α∥β且l∥α B．α⊥β且l⊥βC．α与β相交，且交线垂直于l D.α与β相交，且交线平行于l【解析】选D 本题涉及直线与平面的基本知识，意在考查考生的空间想象能力、分析思想能力，难度中等偏下．由于m，n为异面直线，m⊥平面α，n⊥平面β，则平面α与平面β必相交，但未必垂直，且交线垂直于直线m，n，又直线l满足l⊥m，l⊥n，则交线平行于l，故选D.9.（2013·新课标Ⅱ高考理）一个四面体的顶点在空间直角坐标系Oxyz中的坐标分别是(1,0,1)，(1,1,0)，(0,1,1)，(0,0,0)，画该四面体三视图中的正视图时，以zOx平面为投影面，则得到的正视图可以为( )【解析】选A 本题考查三视图的基本知识．作出空间直角坐标系，在坐标系中标出各点的位置，然后进行投影，分析其正视图形状．易知选A.10．（2013·江西高考理）如图，正方体的底面与正四面体的底面在同一平面α上，且AB ∥CD，正方体的六个面所在的平面与直线CE，EF相交的平面个数分别记为m，n，那么m＋n＝ ( )A．8 B．9 C．10 D．11【解析】选A 本题考查立体几何中的线、面间的位置关系，意在考查考生的数形结合思想及转化与化归的能力．取CD的中点G，连接EG，FG，则易证CD⊥EG，CD⊥FG，所以CD⊥平面EFG.又AB∥CD，所以AB⊥平面EFG，所以AB⊥EF，所以正方体中上、下、前、后四个面所在平面与EF相交(左、右两个面所在平面与EF平行)，即n＝4.由CE在正方体的下底面所在平面内，知CE与上底面所在平面平行，故正方体中前、后、左、右四个面所在平面与CE相交，即m＝4.所以m＋n＝8.11.（2013·广东高考理）某四棱台的三视图如图所示，则该四棱台的体积是 ( )A ．4 B.143 C.163D ．6 【解析】选 B 本题考查三视图及几何体体积的计算，考查考生的空间想象能力及运算能力．由四棱台的三视图可知，台体上底面积S 1＝1×1＝1，下底面积S 2＝2×2＝4，高h ＝2，代入台体的体积公式V ＝13(S 1＋S 1S 2＋S 2)h ＝13×(1＋1×4＋4)×2＝143. 12.（2013·广东高考理）设m ，n 是两条不同的直线，α，β是两个不同的平面．下列命题中正确的是( )A ．若α⊥β，m ⊂α，n ⊂β，则m ⊥nB ．若α∥β，m ⊂α，n ⊂β，则m ∥nC ．若m ⊥n ，m ⊂α，n ⊂β，则α⊥βD ．若m ⊥α，m ∥n ，n ∥β，则α⊥β【解析】选D 本题考查空间线与面的平行、垂直的位置关系，考查考生空间想象能力及符号语言识别能力．A 中m ，n 可能为平行、垂直、异面直线；B 中m ，n 可能为异面直线；C中m 应与β中两条相交直线垂直时结论才成立．13.（2013·山东高考理）已知三棱柱ABC A 1B 1C 1的侧棱与底面垂直，体积为94，底面是边长为3的正三角形．若P 为底面A 1B 1C 1的中心，则PA 与平面ABC 所成角的大小为 ( )A.5π12B.π3C.π4D.π6【解析】选B 本题考查三棱柱的体积计算、线面角的求解等基础知识和基本方法，考查空间想象能力、运算求解能力，考查方程思想．设三棱柱的高为h ，则34×(3)2×h ＝94，解得h ＝ 3.设三棱柱的底面ABC 的中心为Q ，则PQ ＝3，AQ ＝23×32×3＝1.在Rt △APQ 中，∠PAQ 即为直线PA 与平面ABC 所成的角，且tan ∠PAQ ＝3，所以∠PAQ ＝π3. 14.（2013·大纲卷高考理）已知正四棱柱ABCD A 1B 1C 1D 1中，AA 1＝2AB ，则CD 与平面BDC 1所成角的正弦值等于 ( )A.23B.33C.23D.13【解析】选A 本题考查线面角的三角函数值的求解，利用空间向量可简化计算．建立如图所示的空间直角坐标系，设AA 1＝2AB ＝2，则B (1,1,0)，C (0,1,0)，D (0,0,0)，C 1(0,1,2)，故DB ―→＝(1,1,0)，DC 1―→＝(0,1,2)，DC ―→＝(0,1,0)．设平面BDC 1的法向量为n ＝(x ，y ，z )，则⎩⎪⎨⎪⎧ n ·DB ―→＝0，n ·DC 1―→＝0，即⎩⎪⎨⎪⎧ x ＋y ＝0，y ＋2z ＝0，令z ＝1，则y ＝－2，x ＝2，所以平面BDC 1的一个法向量为n ＝(2，－2,1)．设直线CD 与平面BDC 1所成的角为θ，则sin θ＝|cos〈n ，DC ―→〉|＝⎪⎪⎪⎪⎪⎪n ·DC ―→|n |·|DC ―→|＝23，故选A. 15.（2013·湖北高考理）一个几何体的三视图如图所示，该几何体从上到下由四个简单几何体组成，其体积分别记为V 1，V 2，V 3，V 4，上面两个简单几何体均为旋转体，下面两个简单几何体均为多面体，则有 ( )A ．V 1＜V 2＜V 4＜V 3B ．V 1＜V 3＜V 2＜V 4C ．V 2＜V 1＜V 3＜V 4D ．V 2＜V 3＜V 1＜V 4【解析】选C 本题考查三视图以及几何体的体积计算问题，意在考查考生空间想象能力和运算求解能力．由题意可知，由于上面两个简单几何体均为旋转体，下面两个简单几何体均为多面体．根据三视图可知，最上面一个简单几何体是上底面圆的半径为2，下底面圆的半径为1，高为1的圆台，其体积V 1＝13π×(12＋22＋1×2)×1＝73π；从上到下的第二个简单几何体是一个底面圆半径为1，高为2的圆柱，其体积V 2＝π×12×2＝2π；从上到下的第三个简单几何体是边长为2的正方体，其体积V 3＝23＝8；从上到下的第四个简单几何体是一个棱台，其上底面是边长为2的正方形，下底面是边长为4的正方形，棱台的高为1，故体积V 4＝13×(22＋2×4＋42)×1＝283，比较大小可知答案选C. 16.（2013·四川高考理）一个几何体的三视图如图所示，则该几何体的直观图可以( )【解析】选D 本题考查简单组合几何体的三视图，意在考查考生的空间想象能力，同时考查考生排除法的思维方法．由于俯视图是两个圆，所以排除A ，B ，C ，故选D.17.（2013·北京高考文）如图，在正方体ABCD A 1B 1C 1D 1中，P 为对角线 BD 1的三等分点，则P 到各顶点的距离的不同取值有 ( )A ．3个B ．4个C ．5个D ．6个【解析】选B 本题主要考查空间几何体及三角形中的边角关系，意在考查考生的空间想象能力和空间构造能力．解决本题的关键是构造直角三角形．在Rt△D 1DB 中，点P 到点D 1，D ，B 的距离均不相等，在Rt△D 1CB 中，点P 到点C 的距离与点P 到点D 1，D ，B 的距离均不相等，在Rt△D 1A 1B 中，点P 到点A 1的距离与点P 到点D 的距离相等，在Rt△D 1C 1B 中，点P 到点C 1的距离与点P 到点D 的距离相等，在Rt△D 1B 1B 中，点P 到点A 的距离与点P 到点C 的距离相等，在Rt△D 1AB 中，点P 到点A 的距离与点P 到点C 的距离相等，故选B.18.（2013·重庆高考文）某几何体的三视图如图所示，则该几何体的表面积为 ( )A ．180B ．200C ．220D ．240【解析】选D 本题主要考查三视图与棱柱的表面积．几何体为直四棱柱，其高为10，底面是上底为2，下底为8，高为4，腰为5的等腰梯形，故两个底面面积的和为12×(2＋8)×4×2＝40，四个侧面面积的和为(2＋8＋5×2)×10＝200，所以直四棱柱的表面积为S ＝40＋200＝240，故选D.19.（2013·山东高考文）一个四棱锥的侧棱长都相等，底面是正方形，其正(主)视图如图所示，则该四棱锥侧面积和体积分别是 ( )A ．45，8B ．45，83C ．4(5＋1)，83D ．8,8 【解析】选B 本题主要考查三视图的应用，考查空间想象能力和运算能力．由题意可知该四棱锥为正四棱锥，底面边长为2，高为2，侧面上的斜高为22＋12＝5，所以S侧＝4×⎝ ⎛⎭⎪⎫12×2×5＝45，V ＝13×22×2＝83. 20.（2013·大纲卷高考文）已知正四棱柱ABCD A 1B 1C 1D 1中，AA 1＝2AB ，则CD 与平面BDC 1所成角的正弦值等于 ( )A.23B.33C.23D.13【解析】选A 本题主要考查空间直线、平面间的垂直的判定与性质的应用，直线与平面所成角的求法．如图，连接AC 与BD 交于点O ，连接OC 1，过C 作CE ⊥OC 1，垂足为E ，连接DE ，则∠CDE 就是CD 与平面BDC 1所成的角，设AB ＝1，则AA 1＝CC 1＝2，OC ＝22，OC 1＝322，因为12OC 1·CE ＝12OC ·CC 1，所以CE ＝23，所以sin ∠CDE ＝CE CD ＝23. 21.（2013·新课标Ⅱ高考文）一个四面体的顶点在空间直角坐标系O xyz 中的坐标分别是(1,0,1)，(1,1,0)，(0,1,1)，(0,0,0)，画该四面体三视图中的正视图时，以zOx 平面为投影面，则得到的正视图可以为( )【解析】选A 本题主要考查空间直角坐标系、三视图等知识，意在考查考生的空间想象能力．在空间直角坐标系中作出几何体的直观图，如图所示，结合“正投影”的性质可知以zOx 平面为投影面的正视图为A 项．22.（2013·湖南高考文）已知正方体的棱长为1，其俯视图是一个面积为1的正方形，侧视图是一个面积为2的矩形，则该正方体的正视图的面积等于( )A.32 B ．1 C.2＋12 D. 2 【解析】选D 本题主要考查三视图与图形面积的计算，意在考查考生处理问题的能力．由已知，正方体的正视图与侧视图都是长为2，宽为1的矩形，所以正视图的面积等于侧视图的面积，为 2.23.（2013·浙江高考文）设m ，n 是两条不同的直线，α，β是两个不同的平面 ( )A ．若m ∥α，n ∥α，则m ∥nB ．若m ∥α，m ∥β，则α∥βC ．若m ∥n ，m ⊥α，则n ⊥αD ．若m ∥α，α⊥β，则m ⊥β【解析】选 C 本题主要考查空间直线与平面平行和垂直的判定定理和性质定理等基础知识，意在考查考生的空间想象能力、推理论证能力，以及利用相关定理解决问题的能力．逐一判断可知，选项A 中的m ，n 可以相交，也可以异面；选项B 中的α与β可以相交；选项D 中的m 与β的位置关系可以平行、相交、m 在β内．24.（2013·浙江高考文）已知某几何体的三视图(单位：cm)如图所示，则该几何体的体积是 ( )A ．108 cm 3B ．100 cm 3C ．92 cm 3D ．84 cm 3【解析】选B 本题主要考查考生对三视图与几何体的相互转化的掌握情况，同时考查空间想象能力．根据几何体的三视图可知，所求几何体是一个长方体截去一个三棱锥，∴几何体的体积V ＝6×6×3－13×12×4×4×3＝100 cm 3. 25.（2013·新课标Ⅰ高考文）某几何体的三视图如图所示，则该几何体的体积为 ( )A ．16＋8πB ．8＋8πC ．16＋16πD ．8＋16π【解析】选A 本题主要考查三视图、简单组合体的体积．该几何体是个组合体，其下面是半个圆柱，上面是个长方体．该几何体的体积为V ＝ 12×π×22×4＋4×2×2＝16＋8π. 26.（2013·江西高考文）一几何体的三视图如图所示，则该几何体的体积为 ( )A ．200＋9πB ．200＋18πC ．140＋9πD ．140＋18π【解析】选A 本题主要考查三视图与空间几何体体积的计算，考查考生的观察能力、空间想象能力及运算求解能力．这个几何体由上、下两部分组成，下半部分是一个长方体，其中长、宽、高分别为6＋2＋2＝10,1＋2＋1＝4,5；上半部分是一个横放的半圆柱，其中底面半径为62＝3，母线长为2，故V ＝10×4×5＋12π×32×2＝200＋9π. 27.（2013·四川高考文）一个几何体的三视图如图所示，则该几何体可以是 ( )A ．棱柱B ．棱台C ．圆柱D ．圆台【解析】选D 本题主要考查简单几何体的三视图，意在考查考生数形结合的能力．由俯视图可排除A ，B ，由正视图可排除C ，选D.28.（2013·广东高考文）某三棱锥的三视图如图所示，则该三棱锥的体积是 ( )A.16B.13C.23D ．1 【解析】选B 本题主要考查三视图和体积知识，考查数形结合的数学思想方法，意在考查考生的空间想象能力．根据三视图，该几何体是三棱锥，V ＝13×⎝ ⎛⎭⎪⎫12×1×1×2＝13. 29.（2013·广东高考文）设l 为直线，α，β是两个不同的平面．下列命题中正确的是 ( )A ．若l ∥α，l ∥β，则α∥βB ．若l ⊥α，l ⊥β，则α∥βC ．若l ⊥α，l ∥β，则α∥βD ．若α⊥β，l ∥α，则l ⊥β【解析】选B 本题主要考查线面关系知识，考查数形结合的数学思想方法，意在考查考生的空间想象能力、推理论证能力．画出一个长方体ABCD A 1B 1C 1D 1.对于A ，C 1D 1∥平面ABB 1A 1，C 1D 1∥平面ABCD ，但平面ABB 1A 1与平面ABCD 相交；对于C ，BB 1⊥平面ABCD ，BB 1∥平面ADD 1A 1，但平面ABCD 与平面ADD 1A 1相交；对于D ，平面ABB 1A 1⊥平面ABCD ，CD ∥平面ABB 1A 1，但CD ⊂平面ABCD .30.（2013·辽宁高考文）已知直三棱柱ABC A 1B 1C 1的6个顶点都在球O 的球面上．若AB ＝3，AC ＝4，AB ⊥AC ，AA 1＝12，则球O 的半径为 ( ) A.3172 B ．210 C.132D ．310 【解析】选C本题主要考查多面体、球等基本概念以及如何根据组合体中的位置关系进行准确计算，意在考查考生的空间想象能力、运算求解能力以及转化思想．如图，由球心作平面ABC 的垂线，则垂足为BC 的中点M .又AM ＝12BC ＝52，OM ＝12AA 1＝6，所以球O 的半径R ＝OA ＝ ⎝ ⎛⎭⎪⎫522＋62＝132. 31.（2012·重庆高考理）设四面体的六条棱的长分别为1,1,1,1，2和a ，且长为a 的棱与长为2的棱异面，则a 的取值范围是( )A ．(0，2)B ．(0，3)C ．(1，2)D ．(1，3)【解析】选A 此题相当于一个正方形沿着对角线折成一个四面体，长为a 的棱长一定大于0且小于 2.32.（2012·广东高考理）某几何体的三视图如图所示，它的体积为 ( )A ．12πB ．45πC ．57πD ．81π【解析】选C 由三视图可知，该几何体是由底面直径为6，高为5的圆柱与底面直径为6，母线长为5的圆锥组成的组合体，因此，体积为V ＝π×32×5＋13×π×32×52－32＝57π. 33.（2012·江西高考理）如右图，已知正四棱锥S －ABCD 所有棱长都为1，点E 是侧棱SC 上一动点，过点E 垂直于SC 的截面将正四棱锥分成上、下两部分．记SE ＝x (0<x <1)，截面下面部分的体积为V (x )，则函数y ＝V (x )的图像大致为( )【解析】选A (1)当0<x <12时，过E 点的截面为五边形EFGHI (如图1所示)，连接FI ，∵SC 与该截面垂直，∴SC ⊥EF ，SC ⊥EI ，∴EF ＝EI ＝SE tan 60°＝3x ，SI ＝2SE ＝2x ，IH ＝FG ＝BI ＝1－2x ，FI ＝GH ＝2AH ＝ 22x ，∴五边形EFGHI 的面积S ＝FG ×GH ＋12FI × EF 2－12FI 2＝22x －32x 2， ∴V (x )＝V C －EFGHI ＋2V I －BHC ＝13(22x －32x 2)×CE ＋2×13×12×1×(1－2x )×22(1－2x )＝ 2x 3－2x 2＋26，其图像不可能是一条线段，故排除C ，D. (2)当12≤x <1时，过E 点的截面为三角形，如图2，设此三角形为△EFG ，则EG ＝EF ＝ EC tan 60°＝3(1－x )，CG ＝CF ＝2CE ＝2(1－x )，三棱锥E －FGC 底面FGC 上的高h ＝EC sin 45°＝22(1－x )，∴V (x )＝13×12CG ·CF ·h ＝23(1－x )3， ∴V ′(x )＝－2(1－x )2， 又显然V ′(x )＝－2(1－x )2在区间(12，1)上单调递增，V ′(x )<0(x ∈(12，1))， ∴函数V (x )＝23(1－x )3在区间(12，1)上单调递减，且递减的速率越来越慢，故排除B ，应选A.34.（2012·四川高考理）下列命题正确的是 ( )A ．若两条直线和同一个平面所成的角相等，则这两条直线平行B ．若一个平面内有三个点到另一个平面的距离相等，则这两个平面平行C ．若一条直线平行于两个相交平面，则这条直线与这两个平面的交线平行D ．若两个平面都垂直于第三个平面，则这两个平面平行【解析】选C 对于A ，这两条直线可能平行、相交或异面，因此选项A 不正确；对于B ，当这三个点不同在平面的一侧时，这两个平面相交，因此选项B 不正确；对于D ，同时垂直于一个平面的两平面可能相交或平行，因此选项D 不正确；故C 正确．35.（2012·四川高考理）如图，半径为R 的半球O 的底面圆O 在平面α内，过点O 作平面α的垂线交半球面于点A ，过圆O 的直径CD 作与平面α成45°角的平面与半球面相交，所得交线上到平面α的距离最大的点为B ，该交线上的一点P 满足∠BOP ＝60°，则A 、P 两点间的球面距离为( )A ．R arccos 24 B.πR 4 C ．R arccos 33 D.πR 3【解析】选A 如图，连接BP 、AP 、AB ，因为∠BOP ＝60°，根据平面BDC 与α成45°，又由题意知平面AOB 与平面BOC 垂直，所以有cos ∠AOP ＝cos ∠AOB ·cos∠BOP ＝cos 60°cos 45°＝24，所以∠AOP ＝arccos 24，所以A 、P 的球面距离为R arccos 24. 36.（2012·陕西高考理）如图，在空间直角坐标系中有直三棱柱ABC －A 1B 1C 1，CA ＝CC 1＝2CB ，则直线BC 1与直线AB 1夹角的余弦值为 ( )A.55B.53C.255D.35【解析】选A 设CA ＝2，则C (0,0,0)，A (2,0,0)，B (0,0,1)，C 1(0,2,0)，B 1＝(0,2,1)，可得向量AB 1―→＝(－2,2,1)，BC 1―→＝(0,2，－1)，由向量的夹角公式得cos 〈AB 1―→，BC 1―→〉＝－2×0＋2×2＋－0＋4＋1·4＋4＋1＝15＝55. 37.（2012·湖南高考理）某几何体的正视图和侧视图均如图所示，则该几何体的俯视图不可能是 ( )【解析】选D 对于选项A ，两个圆柱符合要求；对于选项B ，一个圆柱和一个正四棱柱的组合体符合要求；对于选项C ，一个底面为等腰直角三角形的三棱柱和一个正四棱柱组合体的符合要求；选项D 如果可能的话，则这个空间几何体是一个正三棱柱和一个正四棱柱的组合体，其正视图中上面矩形的底边是三棱柱的底面边长，但侧视图中上面矩形的底面边长是三棱柱底面三角形的高，故只有选项D 中的不可能．38.（2012·大纲卷高考理）已知正四棱柱ABCD －A 1B 1C 1D 1中，AB ＝2，CC 1＝22，E 为CC 1的中点，则直线AC 1与平面BED 的距离为 ( )A ．2 B. 3 C. 2 D ．1【解析】选D 连接AC ，交BD 于点O ，连接EO ，过点O 作OH ⊥AC 1于点H ，因为AB ＝2，所以AC ＝22，又CC 1＝22，所以OH ＝2sin 45°＝1.39.（2012·北京高考理）某三棱锥的三视图如图所示，该三棱锥的表面积是 ( )A ．28＋6 5B ．30＋6 5C ．56＋12 5D ．60＋12 5【解析】选B 该三棱锥的直观图，如图所示，其中侧面PAC ⊥底面ABC ，PD ⊥AC ，AC ⊥BC ，可得BC ⊥平面PAC ，从而BC ⊥PC .故S △PAC ＝12×5×4＝10；S △ABC ＝12×5×4＝10；PC ＝5，所以S △PBC ＝12×4×5＝10；由于PB ＝PD 2＋BD 2＝16＋25＝41，而AB ＝52＋42＝41，故△BAP 为等腰三角形，取底边AP 的中点E ，连接BE ，则BE ⊥PA ，又AE ＝12PA ＝5，所以BE ＝41－5＝6，所以S △PAB ＝12×25×6＝6 5.所以所求三棱锥的表面积为10＋10＋10＋65＝30＋6 5.40.（2012·湖北高考理）已知某几何体的三视图如图所示，则该几何体的体积为 ( )A.8π3 B ．3π C.10π3D ．6π 【解析】选B 由三视图可知该几何体的体积V ＝π×12×2＋12×π×12×2＝3π. 41.（2012·湖北高考理）我国古代数学名著《九章算术》中“开立圆术”曰：置积尺数，以十六乘之，九而一，所得开立方除之，即立圆径．“开立圆术”相当于给出了已知球的体积V ，求其直径d 的一个近似公式d ≈ 3169V .人们还用过一些类似的近似公式，根据π＝3.141 59…判断，下列近似公式中最精确的一个是 ( )A ．d ≈ 3169VB ．d ≈ 32VC ．d ≈ 3300157VD ．d ≈ 32111V 【解析】选D ∵V ＝43πR 3，∴2R ＝d ＝ 36V π，考虑到2R 与标准值最接近，通过计算得6π－169≈0.132 08，6π－2≈－0.090 1，6π－300157≈－0.001 0，6π－2111≈0.000 8，因此最接近的为D 选项．42.（2012·湖北高考理）已知矩形ABCD ，AB ＝1，BC ＝ 2.将△ABD 沿矩形的对角线BD 所在的直线进行翻折，在翻折过程中， ( )A ．存在某个位置，使得直线AC 与直线BD 垂直B ．存在某个位置，使得直线AB 与直线CD 垂直C ．存在某个位置，使得直线AD 与直线BC 垂直D ．对任意位置，三对直线“AC 与BD ”，“AB 与CD ”，“AD 与BC ”均不垂直【解析】选B 对于AB ⊥CD ，因为BC ⊥CD ，可得CD ⊥平面ACB ，因此有CD ⊥AC .因为AB ＝1，BC ＝2，CD ＝1，所以AC ＝1，所以存在某个位置，使得AB ⊥CD .43.（2012·福建高考理）一个几何体的三视图形状都相同、大小均相等，那么这个几何体不可以是 ( )A ．球B ．三棱锥C ．正方体D ．圆柱【解析】选D 球的三视图都是圆；三棱锥的三视图可以都是全等的三角形；正方体的三视图都是正方形；圆柱的底面放置在水平面上，则其俯视图是圆，正视图是矩形，故应选D.44.（2012·新课标高考理）如图，网格纸上小正方形的边长为1，粗线画出的是某几何体的三视图，则此几何体的体积为 ( )A ．6B ．9C ．12D ．18【解析】选B 由三视图可知该几何体为底面是斜边为6的等腰直角三角形，高为3的三棱锥，其体积为13×12×6×3×3＝9. 45.（2012·新课标高考理）已知三棱锥S －ABC 的所有顶点都在球O 的球面上，△ABC 是边长为1的正三角形，SC 为球O 的直径，且SC ＝2，则此棱锥的体积为 ( ) A.26 B.36 C.23 D.22【解析】在直角三角形ASC 中，AC ＝1，∠SAC ＝90°，SC ＝2，所以SA ＝4－1＝3；同理SB ＝ 3.过A 点作SC 的垂线交SC 于D 点，连接DB ，因△SAC ≌△SBC ，故BD ⊥SC ，故SC ⊥平面ABD ，且平面ABD 为等腰三角形，因∠ASC ＝30°，故AD ＝12SA ＝32，则△ABD 的面积为12×1× AD 2－122＝24，则三棱锥的体积为13×24×2＝26. 46.（2012·浙江高考文）已知某三棱锥的三视图(单位：cm)如图所示，则该三棱锥的体积是 ( )A ．1 cm 3B ．2 cm 3C ．3 cm 3D ．6 cm 3【解析】选A 该三棱锥的底面是两直角边为1,2的直角三角形，高为3，所以V ＝13× 12×1×2×3＝1. 47.（2012·浙江高考文）设l 是直线，α，β是两个不同的平面 ( )A ．若l ∥α，l ∥β，则α∥βB ．若l ∥α，l ⊥β，则α⊥βC ．若α⊥β，l ⊥α，则l ⊥βD ．若α⊥β，l ∥α，则l ⊥β【解析】选B 对于选项A ，两平面可能平行也可能相交；对于选项C ，直线l 可能在β内也可能平行于β；对于选项D ，直线l 可能在β内或平行于β或与β相交．48.（2012·四川高考文）下列命题正确的是 ( )A ．若两条直线和同一个平面所成的角相等，则这两条直线平行B ．若一个平面内有三个点到另一个平面的距离相等，则这两个平面平行C ．若一条直线平行于两个相交平面，则这条直线与这两个平面的交线平行D ．若两个平面都垂直于第三个平面，则这两个平面平行【解析】选C 对于A ，这两条直线可能平行、相交或异面，因此选项A 不正确；对于B ，当这三个点不同在平面的一侧时，这两个平面相交，因此选项B 不正确；对于D ，同时垂直于一个平面的两平面可能相交或平行，因此选项D 不正确；故C 正确．49.（2012·四川高考文）如图，半径为R 的半球O 的底面圆O 在平面α内，过点O 作平面α的垂线交半球面于点A ，过圆O 的直径CD 作与平面α成45°角的平面与半球面相交，所得交线上到平面α的距离最大的点为B ，该交线上的一点P 满足∠BOP ＝60°，则A 、P 两点间的球面距离为( )A ．R arccos24 B.πR 4 C ．R arccos 33 D.πR 3 【解析】如图，连接BP 、AP 、AB ，因为∠BOP ＝60°，根据平面BDC 与α成45°，又由题意知平面AOB 与平面BOC 垂直，根据三余弦定理有cos ∠AOP ＝cos ∠AOB cos ∠BOP ＝cos 45°cos 60°＝24，所以∠AOP ＝arccos 24， 所以A 、P 两点间的球面距离为R arccos24. 【答案】A50.（2012·福建高考文）一个几何体的三视图形状都相同、大小均相等，那么这个几何体不可以是 ( )A ．球B ．三棱锥C ．正方体D ．圆柱【解析】选 D 球的三视图是三个相同的圆；三棱锥的三视图是三个全等的三角形；正方体的三视图可能是三个相同的正方形；而当圆柱的底面放置在水平面上时，其俯视图是圆，正视图是矩形．51.（2012·北京高考文）某三棱锥的三视图如图所示，该三棱锥的表面积是 ( )A ．28＋6 5B ．30＋65C ．56＋12 5D ．60＋12 5【解析】选B 由题中的三视图知，该三棱锥的立体图形如图所示．由题中所给条件，可求得S △ABD ＝12×4×5＝10， S △ACD ＝S △BCD ＝12×4×5＝10，AC ＝BC ＝41，AB ＝25，可求得△ABC 中AB 边上的高为41－5＝6，所以S △ABC ＝12×6×25＝6 5.综上可知，该三棱锥的表面积为S △ABD ＋S △ACD ＋S △BCD ＋S △ABC ＝30＋6 5.52.（2012·广东高考文）某几何体的三视图如图所示，它的体积为 ( )A ．72πB ．48πC ．30πD ．24π【解析】选 C 此组合体由半个球体与一个圆锥组成，其体积V ＝12×43π×33＋13π×32×52－32＝30π.53.（2012·大纲卷高考文）已知正四棱柱ABCD －A 1B 1C 1D 1中，AB ＝2，CC 1＝22，E 为CC 1的中点，则直线AC 1与平面BED 的距离为 ( )A ．2 B. 3 C. 2 D ．1【解析】选D 连接AC ，AC 与BD 交于O ，因为AC 1在平面BED 的射影为OE ，且AC 1与OE 平行，所以AC 1与平面BED 的距离即为AC 1与OE 的距离，过点E 作AC 1垂线，交于F ，则EF 即为所求，在Rt △C 1EF 中，∠EC 1F ＝45°，C 1E ＝2，故EF ＝1.54.（2012·新课标高考文）如图，网格纸上小正方形的边长为1，粗线画出的是某几何体的三视图，则此几何体的体积为 ( )A ．6B ．9C ．12D ．18【解析】选B 由三视图可知该几何体为底面是斜边为6的等腰直角三角形，高为3的三棱锥，其体积为13×12×6×3×3＝9. 【答案】B55.（2012·新课标高考文）平面α截球O 的球面所得圆的半径为1，球心O 到平面α的距离为2，则此球的体积为( ) A.6π B ．43π C ．46π D ．63π【解析】选B 选设球的半径为R ，由球的截面性质得R ＝22＋12＝3，所以球的体积V ＝43πR 3＝43π. 56.（2012·重庆高考文）设四面体的六条棱的长分别为1,1,1,1，2和a ，且长为a 的棱与长为2的棱异面，则a 的取值范围是( )A ．(0，2)B ．(0，3)C ．(1，2)D ．(1，3)【解析】选A如图所示的四面体ABCD 中，设AB ＝a ，则由题意可得CD ＝2，其他边的长都为1，故三角形ACD 及三角形BCD 都是以CD 为斜边的等腰直角三角形，显然a >0.取CD 中点E ，连接AE ，BE ，则AE ⊥CD ，BE ⊥CD 且AE ＝BE ＝ 1－222＝22，显然A 、B 、E 三点能构成三角形，应满足任意两边之和大于第三边，可得2×22>a ，解得0<a < 2. 57.（2011·新课标高考）在一个几何体的三视图中，正视图和俯视图如右图所示，则相应的侧视图可以为 ( )【解析】选D 通过正视图及俯视图可看出几何体为半个圆锥和一个三棱锥组合在一起，故侧视图为D.58.（2011·大纲卷高考）已知直二面角α－l －β，点A ∈α，AC ⊥l ，C 为垂足，B ∈β，BD ⊥l ，D 为垂足，若AB ＝2，AC ＝BD ＝1，则D 到平面ABC 的距离等于 ( )A.23B.33C.63D ．1 【解析】选C 设点D 到平面ABC 的距离等于h .依题意得，AC ⊥β，AC ⊥BC ，BC ＝AB 2－AC2＝3，CD ＝BC 2－BD 2＝ 2.由V D －ABC ＝V A －DBC 得，13S △ABC ×h ＝13S △DBC ×AC ，13×。
近五年上海高考分类汇编——立体几何(供参考)(新)
1近五年上海高考汇编——立体几何一、填空题1.（2009年高考5）如图，若正四棱柱1111-ABCD A B C D 的底面边长为2，高为4，则异面直线1BD 与AD 所成角的大小是_____ ___.（结果用反三角函数值表示）答案：arctan 52.（2009年高考理科8）已知三个球的半径1R ，2R ，3R 满足32132R R R =+，则它们的表面积1S ，2S ，3S 满足的等量关系是_____ ___. 答案：12323S S S +=3.（2009年高考文科6）若球12,O O 的面积之比124S S =，则它们的半径之比12RR =___ ____. 答案：24.（2009年高考文科8）若等腰直角三角形的直角边长为2，则以一直角边所在的直线为轴旋转一周所成的几何体体积是____ ____. 答案：83π5.（2010年高考理科12）如图所示，在边长为4的正方形纸片ABCD 中，AC 与BD 相交于点O ，剪去AOB ，将剩余部分沿,OC OD 折叠，使,OA OB 重合，则以(),A B ,,C D O 为顶点的四面体的体积是_____ ___.答案：826.（2010年高考文科6）已知四棱锥P ABCD -的底面是边长为6的正方体，侧棱PA ⊥底面ABCD ，且8PA =，则该四棱锥的体积是_____ ___.2答案：967.（2011年高考理科7）若圆锥的侧面积为2π，底面面积为π，则该圆锥的体积为_____ __. 答案：33π 8.（2011年高考文科7）若一个圆锥的主视图是边长为3，3，2的三角形，则该圆锥的侧面积为_____ ____. 答案：3π9.（2012年高考理科6）有一列正方体，棱长组成以1为首项、12为公比的等比数列，体积分别记为12,,...,,...n V V V ，则12lim(...)n n V V V →∞+++=_____ ____.答案：8710.（2012年高考理科8）若一个圆锥的侧面展开图是面积为2π的半圆面，则该圆锥的体积为_____ ____. 答案：33π 11.（2012年高考理科14）如图，AD 与BC 是四面体ABCD 中互相垂直的棱，2BC =，若2AD c =，且2AB BD AC CD a +=+=，其中,a c 为常数，则四面体ABCD 的体积的最大值是_____ ____.答案：22213c a c -- 12.（2012年高考文科5）一个高为2的圆柱，底面周长为2π，该圆柱的表面积为_____ ____. 答案：6π13.（2013年高考理科13）在xOy 平面上，将两个半圆弧22(1)1(1)x y x -+=≥和22(3)1(3)x y x -+=≥、两条直线1y =和1y =-围成的封闭图形记为D ，如图中阴影部分．记D 绕y 轴旋转一周而成的几何体为Ω．过(0,)(||1)y y ≤作Ω的水平截面，所得截面面积为2418y ππ-+．试利用祖暅原理、一个平放的圆柱和一个长方体，得出Ω的体积值为_____ ____.3答案：2216ππ+14.（2013年高考文科10）已知圆柱Ω的母线长为l ，底面半径为r ，O 是上底面圆心，A 、B 是下底面圆周上两个不同的点，BC 是母线，如图．若直线OA 与BC 所成角的大小为6π，则l r =_____ ____.3二、选择题1.（2009年高考文科16）如图，已知三棱锥的底面是直角三角形，直角边长分别为3和4，过直角顶点的侧棱长为4，且垂直于底面，该三棱锥的主视图是 （ ）Oxyz443(D)(C)(B)(A)54433444答案：B三、解答题1.（2009年高考理科19）如图，在直三棱柱ABC A B C '''-中，2AA BC AB '===,AB BC ⊥,求二面角B A C C '''--的大小4答案：如图，建立空间直角坐标系则 A ()2,0,0，C ()0,2,0，A 1()2,0,2，B 1()0,0,2，C 1()0,2,2， 设AC 的中点为M ，BM ⊥AC ，BM ⊥CC 1，∴ BM ⊥平面AC 1C ，即BM =()1,1,0是平面AC 1C 的一个法向量。
2015-2024高考真题 数学 分项汇编 含答案解析(全国通用)13 立体几何角和距离(20页)
专题13 立体几何的空间角与距离小题综合考点01 异面直线所成角及其应用1．（2022·全国新Ⅰ卷）（多选）已知正方体1111ABCD A B C D−，则（）A．直线1BC 与1DA所成的角为90︒B．直线1BC与1CA所成的角为90︒C．直线1BC与平面11BB DD所成的角为45︒D．直线1BC与平面ABCD所成的角为45︒2．（2021·全国乙卷）在正方体1111ABCD A B C D−中，P为11B D的中点，则直线PB与1AD所成的角为（）A．π2B．π3C．π4D．π63．（2018·全国）在正方体1111ABCD A B C D−中，E为棱1CC的中点，则异面直线AE与CD所成角的正切值为（）A B C D4．（2017·全国）已知直三棱柱111C CAB−A B中，C120∠AB=，2AB=，1C CC1B==，则异面直线1AB与1CB 所成角的余弦值为（）A B C D 5．（2016·全国）平面α过正方体ABCD—A 1B 1C 1D 1的顶点A ，,ABCD m α⋂=平面，11ABB A n α⋂=平面，则m ，n 所成角的正弦值为（ ）A B C D ．136．（2015·浙江）如图，三棱锥A BCD −中， 3,2AB AC BD CD AD BC ======，点,M N 分别是,AD BC 的中点，则异面直线,AN CM 所成的角的余弦值是 ．考点02 线面角及其应用1．（2024·全国新Ⅱ卷）已知正三棱台111ABC A B C -的体积为523，6AB =，112A B =，则1A A 与平面ABC 所成角的正切值为（ ） A ．12B ．1C ．2D ．32．（2023·全国乙卷）已知ABC 为等腰直角三角形，AB 为斜边，ABD △为等边三角形，若二面角C AB D −−为150︒，则直线CD 与平面ABC 所成角的正切值为（ ）A ．15B 5C D ．253．（2022·浙江）如图，已知正三棱柱1111,ABC A B C AC AA −=，E ，F 分别是棱11,BC AC 上的点．记EF 与1AA 所成的角为α，EF 与平面ABC 所成的角为β，二面角F BC A −−的平面角为γ，则（ ） A ．αβγ≤≤B ．βαγ≤≤C ．βγα≤≤D ．αγβ≤≤4．（2022·全国甲卷）在长方体1111ABCD A B C D −中，已知1B D 与平面ABCD 和平面11AA B B 所成的角均为30︒，则（ ）A ．2AB AD = B ．AB 与平面11ABCD 所成的角为30︒ C ．1AC CB =D ．1B D 与平面11BB C C 所成的角为45︒5．（2022·全国新Ⅰ卷）已知正方体1111ABCD A B C D −，则（ ） A ．直线1BC 与1DA 所成的角为90︒B ．直线1BC 与1CA 所成的角为90︒C ．直线1BC 与平面11BBD D 所成的角为45︒ D ．直线1BC 与平面ABCD 所成的角为45︒6．（2018·浙江）已知四棱锥S ABCD −的底面是正方形，侧棱长均相等，E 是线段AB 上的点（不含端点），设SE 与BC 所成的角为1θ，SE 与平面ABCD 所成的角为2θ，二面角S AB C −−的平面角为3θ，则（ ） A ．123θθθ≤≤B ．321θθθ≤≤C ．132θθθ≤≤D ．231θθθ≤≤7．（2018·全国）已知圆锥的顶点为S ，母线SA ，SB 所成角的余弦值为78，SA 与圆锥底面所成角为45°，若SAB△的面积为，则该圆锥的侧面积为 ．8．（2018·全国）在长方体1111ABCD A B C D −中，2AB BC ==，1AC 与平面11BB C C 所成的角为30，则该长方体的体积为（ ）A ．8B ．C ．D ．9．（2018·全国）已知正方体的棱长为1，每条棱所在直线与平面α所成的角都相等，则α截此正方体所得截面面积的最大值为（ ）A B C D考点03 二面角及其应用1．（2023·北京）坡屋顶是我国传统建筑造型之一，蕴含着丰富的数学元素．安装灯带可以勾勒出建筑轮廓，展现造型之美．如图，某坡屋顶可视为一个五面体，其中两个面是全等的等腰梯形，两个面是全等的等腰三角形．若25m,10m AB BC AD ===，且等腰梯形所在的平面、等腰三角形所在的平面与平面ABCD 的夹角的正切值均为，则该五面体的所有棱长之和为（ ） A ．102m B ．112m C ．117mD ．125m2．（2023·全国乙卷）已知ABC 为等腰直角三角形，AB 为斜边，ABD △为等边三角形，若二面角C AB D −−为150︒，则直线CD 与平面ABC 所成角的正切值为（ ）A ．15B C D ．253．（2023·全国新Ⅱ卷）（多选）已知圆锥的顶点为P ，底面圆心为O ，AB 为底面直径，120APB ∠=︒，2PA =，点C 在底面圆周上，且二面角P AC O −−为45°，则（ ）．A ．该圆锥的体积为πB ．该圆锥的侧面积为C ．AC =D ．PAC △4．（2022·浙江）如图，已知正三棱柱1111,ABC A B C AC AA −=，E ，F 分别是棱11,BC AC 上的点．记EF 与1AA 所成的角为α，EF 与平面ABC 所成的角为β，二面角F BC A −−的平面角为γ，则（ ） A ．αβγ≤≤B ．βαγ≤≤C ．βγα≤≤D ．αγβ≤≤5．（2019·浙江）设三棱锥V ABC −的底面是正三角形，侧棱长均相等，P 是棱VA 上的点（不含端点），记直线PB 与直线AC 所成角为α，直线PB 与平面ABC 所成角为β，二面角P AC B −−的平面角为γ，则（ ） A ．,βγαγ<< B ．,βαβγ<< C ．,βαγα<<D ．,αβγβ<<6．（2018·浙江）已知四棱锥S ABCD −的底面是正方形，侧棱长均相等，E 是线段AB 上的点（不含端点），设SE 与BC 所成的角为1θ，SE 与平面ABCD 所成的角为2θ，二面角S AB C −−的平面角为3θ，则（ ） A ．123θθθ≤≤B ．321θθθ≤≤C ．132θθθ≤≤D ．231θθθ≤≤7．（2017·浙江）如图，已知正四面体D –ABC （所有棱长均相等的三棱锥），P ，Q ，R 分别为AB ，BC ，CA 上的点，AP=PB ，2BQ CRQC RA==，分别记二面角D–PR–Q ，D–PQ–R ，D–QR–P 的平面角为α,β,γ，则（ ）A ．γ<α<βB ．α<γ<βC ．α<β<γD ．β<γ<α8．（2015·浙江）如图，已知ABC ∆，D 是AB 的中点，沿直线CD 将ACD ∆折成A CD ∆¢，所成二面角A CD B '−−的平面角为α，则（ ）A ．A DB α'∠≤ B ．A DB α'∠≥C ．A CB α∠'≤D ．A CB α'∠≥考点04 点面距及其应用1．（2019·全国）已知∠ACB=90°，P 为平面ABC 外一点，PC =2，点P 到∠ACB 两边AC ，BC么P 到平面ABC 的距离为 ．专题13 立体几何的空间角与空间距离及其综合应用小题综合考点01 异面直线所成角及其应用1．（2022·全国新Ⅰ卷）（多选）已知正方体1111ABCDAB CD −，则（ ） A ．直线1BC 与1DA 所成的角为90︒B ．直线1BC 与1CA 所成的角为90︒C ．直线1BC 与平面11BBD D 所成的角为45︒ D ．直线1BC 与平面ABCD 所成的角为45︒ 【答案】ABD【分析】数形结合，依次对所给选项进行判断即可.【详解】如图，连接1B C 、1BC ，因为11//DA B C ，所以直线1BC 与1B C 所成的角即为直线1BC 与1DA 所成的角，因为四边形11BB C C 为正方形，则1B C ⊥1BC ，故直线1BC 与1DA 所成的角为90︒，A 正确； 连接1AC ，因为11A B ⊥平面11BB C C ，1BC ⊂平面11BB C C ，则111A B BC ⊥， 因为1B C ⊥1BC ，1111A B B C B =，所以1BC ⊥平面11A B C ，又1AC ⊂平面11A B C ，所以11BC CA ⊥，故B 正确； 连接11AC ，设1111ACB D O =，连接BO ，因为1BB ⊥平面1111DC B A ，1C O ⊂平面1111D C B A ，则11C O B B ⊥，因为111C O B D ⊥，1111B D B B B ⋂=，所以1C O ⊥平面11BB D D ，所以1C BO ∠为直线1BC 与平面11BB D D 所成的角， 设正方体棱长为1，则1C O =1BC =1111sin 2C O C BO BC ∠==，所以，直线1BC 与平面11BB D D 所成的角为30，故C 错误；因为1C C ⊥平面ABCD ，所以1C BC ∠为直线1BC 与平面ABCD 所成的角，易得145C BC ∠=，故D 正确. 故选：ABD2．（2021·全国乙卷）在正方体1111ABCD A B C D −中，P 为11B D 的中点，则直线PB 与1AD 所成的角为（ ） A ．π2B ．π3C ．π4D ．π6【答案】D【分析】平移直线1AD 至1BC ，将直线PB 与1AD 所成的角转化为PB 与1BC 所成的角，解三角形即可.【详解】如图，连接11,,BC PC PB ，因为1AD ∥1BC ，所以1PBC ∠或其补角为直线PB 与1AD 所成的角，因为1BB ⊥平面1111D C B A ，所以11BB PC ⊥，又111PC B D ⊥，1111BB B D B ⋂=，所以1PC ⊥平面1PBB ，所以1PC PB ⊥， 设正方体棱长为2，则111112BC PC D B ===1111sin 2PC PBC BC ∠==，所以16PBC π∠=. 故选：D3．（2018·全国）在正方体1111ABCD A B C D −中，E 为棱1CC 的中点，则异面直线AE 与CD 所成角的正切值为 ABCD【答案】C【分析】利用正方体1111ABCD A B C D −中，//CD AB ，将问题转化为求共面直线AB 与AE 所成角的正切值，在ABE∆中进行计算即可.【详解】在正方体1111ABCD A B C D −中，//CD AB ，所以异面直线AE 与CD 所成角为EAB ∠， 设正方体边长为2a ，则由E 为棱1CC 的中点，可得CE a =，所以BE ，则tan BE EAB AB ∠===故选C.【点睛】求异面直线所成角主要有以下两种方法：（1）几何法：①平移两直线中的一条或两条，到一个平面中；②利用边角关系，找到（或构造）所求角所在的三角形；③求出三边或三边比例关系，用余弦定理求角；（2）向量法：①求两直线的方向向量；②求两向量夹角的余弦；③因为直线夹角为锐角，所以②对应的余弦取绝对值即为直线所成角的余弦值.4．（2017·全国）已知直三棱柱111C C AB −A B 中，C 120∠AB =，2AB =，1C CC 1B ==，则异面直线1AB 与1C B 所成角的余弦值为 ABCD【答案】C【详解】如图所示，补成直四棱柱1111ABCD A B C D −，则所求角为1111,2,BC D BC BD C D AB ∠=====易得22211C D BD BC =+，因此111cos BC BC D C D ∠===C ．平移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，把异面问题化归为共面问题来解决，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．求异面直线所成的角要特别注意异面直线之间所成角的范围． 5．（2016·全国）平面α过正方体ABCD—A 1B 1C 1D 1的顶点A ，,ABCD m α⋂=平面，11ABBA n α⋂=平面，则m ，n 所成角的正弦值为A B 2CD ．13【答案】A【详解】试题分析：如图，设平面11CB D 平面ABCD ='m ，平面11CB D 平面11ABB A ='n ，因为//α平面11CB D ，所以//',//'m m n n ，则,m n 所成的角等于','m n 所成的角.延长AD ，过1D 作11D E B C ∥，连接11,CE B D ，则CE 为'm ，同理11B F 为'n ，而111,BD CE B FA B ∥∥，则','m n 所成的角即为1,A B BD 所成的角，即为60︒，故,m n ，选A. 【点睛】求解本题的关键是作出异面直线所成的角,求异面直线所成角的步骤是：平移定角、连线成形、解形求角、得钝求补.6．（2015·浙江）如图，三棱锥A BCD −中， 3,2AB AC BD CD AD BC ======，点,M N 分别是,AD BC 的中点，则异面直线,AN CM 所成的角的余弦值是 ． 【答案】78【详解】如下图，连结DN ，取DN 中点P ，连结PM ，PC ，则可知即为异面直线，所成角（或其补角）易得，，，∴，即异面直线，所成角的余弦值为.考点：异面直线的夹角.考点02 线面角及其应用1．（2024·全国新Ⅱ卷）已知正三棱台111ABC A B C -的体积为523，6AB =，112A B =，则1A A 与平面ABC 所成角的正切值为（ ） A ．12 B ．1 C ．2 D ．3【答案】B【分析】解法一：根据台体的体积公式可得三棱台的高h =AM =进而根据线面夹角的定义分析求解；解法二：将正三棱台111ABC A B C -补成正三棱锥−P ABC ，1A A 与平面ABC 所成角即为PA 与平面ABC 所成角，根据比例关系可得18P ABC V −=，进而可求正三棱锥−P ABC 的高，即可得结果.【详解】解法一：分别取11,BC B C 的中点1,D D ，则11AD D =111116693,2322ABCA B C SS =⨯⨯==⨯⨯=111ABC A B C -的为h ，则(11115233ABC A B C V h −==，解得h =11,A D 作底面垂线，垂足为,M N ，设AM x =，则1AA DN AD AM MN x =--=，可得1DD =结合等腰梯形11BCC B 可得22211622BB DD −⎛⎫=+ ⎪⎝⎭,即()221616433x x +=++，解得3x =， 所以1A A 与平面ABC 所成角的正切值为11tan 1A MA ADAM?=； 解法二：将正三棱台111ABC A B C -补成正三棱锥−P ABC ， 则1A A 与平面ABC 所成角即为PA 与平面ABC 所成角，因为11113PA A B PA AB ==，则111127P A B C P ABC V V −−=，可知1112652273ABC A B C P ABC V V −−==，则18P ABC V −=， 设正三棱锥−P ABC 的高为d，则11661832P ABC V d −=⨯⨯⨯=，解得d =取底面ABC 的中心为O ，则PO ⊥底面ABC，且AO = 所以PA 与平面ABC 所成角的正切值tan 1POPAO AO∠==. 故选：B.2．（2023·全国乙卷）已知ABC 为等腰直角三角形，AB 为斜边，ABD △为等边三角形，若二面角C AB D −−为150︒，则直线CD 与平面ABC 所成角的正切值为（ ）A ．15B5CD ．25【答案】C【分析】根据给定条件，推导确定线面角，再利用余弦定理、正弦定理求解作答.【详解】取AB 的中点E ，连接,CE DE ，因为ABC 是等腰直角三角形，且AB 为斜边，则有CE AB ⊥， 又ABD △是等边三角形，则DE AB ⊥，从而CED ∠为二面角C AB D −−的平面角，即150CED ∠=，显然,,CE DE E CE DE ⋂=⊂平面CDE ，于是AB ⊥平面CDE ，又AB ⊂平面ABC ， 因此平面CDE ⊥平面ABC ，显然平面CDE ⋂平面ABC CE =， 直线CD ⊂平面CDE ，则直线CD 在平面ABC 内的射影为直线CE ，从而DCE ∠为直线CD 与平面ABC 所成的角，令2AB =，则1,CE DE =CDE 中，由余弦定理得：CD == 由正弦定理得sin sin DE CD DCE CED =∠∠，即sin1503sinDCE ∠==显然DCE ∠是锐角，cosDCE ∠==所以直线CD 与平面ABC 故选：C3．（2022·浙江）如图，已知正三棱柱1111,ABC A B C AC AA −=，E ，F 分别是棱11,BC AC 上的点．记EF 与1AA 所成的角为α，EF 与平面ABC 所成的角为β，二面角F BC A −−的平面角为γ，则（ ）A ．αβγ≤≤B ．βαγ≤≤C ．βγα≤≤D ．αγβ≤≤【答案】A【分析】先用几何法表示出αβγ，，，再根据边长关系即可比较大小．【详解】如图所示，过点F 作FP AC ⊥于P ，过P 作PM BC ⊥于M ，连接PE ，则EFP α=∠，FEP β=∠，FMP γ=∠， tan 1PE PE FP AB α==≤，tan 1FP AB PE PE β==≥，tan tan FP FPPM PEγβ=≥=， 所以αβγ≤≤， 故选：A ．4．（2022·全国甲卷）在长方体1111ABCD A B C D −中，已知1B D 与平面ABCD 和平面11AA B B 所成的角均为30︒，则（ ）A ．2AB AD = B ．AB 与平面11ABCD 所成的角为30︒ C ．1AC CB = D ．1B D 与平面11BB C C 所成的角为45︒【答案】D【分析】根据线面角的定义以及长方体的结构特征即可求出． 【详解】如图所示：不妨设1,,AB a AD b AA c ===，依题以及长方体的结构特征可知，1B D 与平面ABCD 所成角为1B DB ∠，1B D 与平面11AA B B 所成角为1DB A ∠，所以11sin 30c b B D B D==，即b c =，12B D c ==a =． 对于A ，AB a =，ADb =，AB =，A 错误；对于B ，过B 作1BE AB ⊥于E ，易知BE ⊥平面11AB C D ，所以AB 与平面11AB C D 所成角为BAE ∠，因为tan c BAE a ∠==30BAE ∠≠，B 错误； 对于C，AC ==，1CB ==，1AC CB ≠，C 错误； 对于D ，1B D 与平面11BB C C 所成角为1DB C ∠，11sin 2CD a DB C B D c ∠===，而1090DB C <∠<，所以145DB C ∠=．D 正确．故选：D ．5．（2022·全国新Ⅰ卷）已知正方体1111ABCD A B C D −，则（ ） A ．直线1BC 与1DA 所成的角为90︒B ．直线1BC 与1CA 所成的角为90︒C ．直线1BC 与平面11BBD D 所成的角为45︒ D ．直线1BC 与平面ABCD 所成的角为45︒ 【答案】ABD【分析】数形结合，依次对所给选项进行判断即可.【详解】如图，连接1B C 、1BC ，因为11//DA B C ，所以直线1BC 与1B C 所成的角即为直线1BC 与1DA 所成的角， 因为四边形11BB C C 为正方形，则1B C ⊥1BC ，故直线1BC 与1DA 所成的角为90︒，A 正确；连接1AC ，因为11A B ⊥平面11BB C C ，1BC ⊂平面11BB C C ，则111A B BC ⊥， 因为1B C ⊥1BC ，1111A B B C B =，所以1BC ⊥平面11A B C ，又1AC ⊂平面11A B C ，所以11BC CA ⊥，故B 正确；连接11AC ，设1111AC B D O =，连接BO ，因为1BB ⊥平面1111D C B A ，1C O ⊂平面1111D C B A ，则11C O B B ⊥， 因为111C O B D ⊥，1111B D B B B ⋂=，所以1C O ⊥平面11BB D D ， 所以1C BO ∠为直线1BC 与平面11BB D D 所成的角， 设正方体棱长为1，则1C O =1BC 1111sin 2C O C BO BC ∠==， 所以，直线1BC 与平面11BB D D 所成的角为30，故C 错误；因为1C C ⊥平面ABCD ，所以1C BC ∠为直线1BC 与平面ABCD 所成的角，易得145C BC ∠=，故D 正确. 故选：ABD6．（2018·浙江）已知四棱锥S ABCD −的底面是正方形，侧棱长均相等，E 是线段AB 上的点（不含端点），设SE 与BC 所成的角为1θ，SE 与平面ABCD 所成的角为2θ，二面角S AB C −−的平面角为3θ，则 A ．123θθθ≤≤ B ．321θθθ≤≤ C ．132θθθ≤≤ D ．231θθθ≤≤【答案】D【分析】分别作出线线角、线面角以及二面角，再构造直角三角形，根据边的大小关系确定角的大小关系. 【详解】设O 为正方形ABCD 的中心，M 为AB 中点，过E 作BC 的平行线EF ，交CD 于F ，过O 作ON 垂直EF 于N ，连接SO 、SN 、OM ，则SO 垂直于底面ABCD ，OM 垂直于AB ， 因此123,,,SEN SEO SMO θθθ∠=∠=∠= 从而123tan ,tan ,tan ,SN SN SO SOEN OM EO OMθθθ==== 因为SN SO EO OM ≥≥，，所以132tan tan tan ,θθθ≥≥即132θθθ≥≥，选D.【点睛】线线角找平行，线面角找垂直，面面角找垂面.7．（2018·全国）已知圆锥的顶点为S ，母线SA ，SB 所成角的余弦值为78，SA 与圆锥底面所成角为45°，若SAB△的面积为，则该圆锥的侧面积为 ．【答案】【分析】先根据三角形面积公式求出母线长,再根据母线与底面所成角得底面半径，最后根据圆锥侧面积公式求出结果.【详解】因为母线SA ，SB 所成角的余弦值为78，所以母线SA ，SB所成角的正弦值为8，因为SAB △的面积为,l所以212l l ⨯==因为SA 与圆锥底面所成角为45°，所以底面半径为πcos 42l =，因此圆锥的侧面积为2ππ2rl l ==． 【整体点评】根据三角形面积公式先求出母线长，再根据线面角求出底面半径，最后根据圆锥侧面积公式求出侧面积，思路直接自然，是该题的最优解．8．（2018·全国）在长方体1111ABCD A B C D −中，2AB BC ==，1AC 与平面11BB C C 所成的角为30，则该长方体的体积为A ．8B ．C ．D ．【答案】C【分析】首先画出长方体1111ABCD A B C D −，利用题中条件，得到130AC B ∠=，根据2AB =，求得1BC =，可以确定1CC =. 【详解】在长方体1111ABCD A B C D −中，连接1BC ，根据线面角的定义可知130AC B ∠=，因为2AB =，所以1BC =，从而求得1CC =所以该长方体的体积为22V =⨯⨯ C.【点睛】该题考查的是长方体的体积的求解问题，在解题的过程中，需要明确长方体的体积公式为长宽高的乘积，而题中的条件只有两个值，所以利用题中的条件求解另一条边的长就显得尤为重要，此时就需要明确线面角的定义，从而得到量之间的关系，从而求得结果.9．（2018·全国）已知正方体的棱长为1，每条棱所在直线与平面α所成的角都相等，则α截此正方体所得截面面积的最大值为A B C D 【答案】A【分析】首先利用正方体的棱是3组每组有互相平行的4条棱，所以与12条棱所成角相等，只需与从同一个顶点出发的三条棱所成角相等即可，从而判断出面的位置，截正方体所得的截面为一个正六边形，且边长是面的对角线的一半，应用面积公式求得结果.【详解】根据相互平行的直线与平面所成的角是相等的， 所以在正方体1111ABCD A B C D −中，平面11AB D 与线11111,,AA A B A D 所成的角是相等的，所以平面11AB D 与正方体的每条棱所在的直线所成角都是相等的， 同理平面1C BD 也满足与正方体的每条棱所在的直线所成角都是相等， 要求截面面积最大，则截面的位置为夹在两个面11AB D 与1C BD 中间的，所以其面积为26S =，故选A. 点睛：该题考查的是有关平面被正方体所截得的截面多边形的面积问题，首要任务是需要先确定截面的位置，之后需要从题的条件中找寻相关的字眼，从而得到其为过六条棱的中点的正六边形，利用六边形的面积的求法，应用相关的公式求得结果.考点03 二面角及其应用1．（2023·北京）坡屋顶是我国传统建筑造型之一，蕴含着丰富的数学元素．安装灯带可以勾勒出建筑轮廓，展现造型之美．如图，某坡屋顶可视为一个五面体，其中两个面是全等的等腰梯形，两个面是全等的等腰三角形．若25m,10m AB BC AD ===，且等腰梯形所在的平面、等腰三角形所在的平面与平面ABCD 的夹角的正切值均为5，则该五面体的所有棱长之和为（ ）A ．102mB ．112mC ．117mD ．125m【答案】C【分析】先根据线面角的定义求得tan tan EMO EGO ∠=∠，从而依次求EO ，EG ，EB ，EF ，再把所有棱长相加即可得解.【详解】如图，过E 做EO ⊥平面ABCD ，垂足为O ，过E 分别做EG BC ⊥，EM AB ⊥，垂足分别为G ，M ，连接,OG OM ，由题意得等腰梯形所在的面、等腰三角形所在的面与底面夹角分别为EMO ∠和EGO ∠，所以tan tan EMO EGO ∠=∠.因为EO ⊥平面ABCD ，BC ⊂平面ABCD ，所以EO BC ⊥， 因为EG BC ⊥，,EO EG ⊂平面EOG ，EO EG E ⋂=， 所以BC ⊥平面EOG ，因为OG ⊂平面EOG ，所以BC OG ⊥，. 同理：OM BM ⊥，又BM BG ⊥，故四边形OMBG 是矩形， 所以由10BC =得5OM =，所以EO 5OG =，所以在直角三角形EOG 中，EG =在直角三角形EBG 中，5BG OM ==，8EB ，又因为55255515EF AB =−−=−−=， 所有棱长之和为2252101548117m ⨯+⨯++⨯=. 故选：C2．（2023·全国乙卷）已知ABC 为等腰直角三角形，AB 为斜边，ABD △为等边三角形，若二面角C AB D −−为150︒，则直线CD 与平面ABC 所成角的正切值为（ ）A ．15B 5C D ．25【答案】C【分析】根据给定条件，推导确定线面角，再利用余弦定理、正弦定理求解作答.【详解】取AB 的中点E ，连接,CE DE ，因为ABC 是等腰直角三角形，且AB 为斜边，则有CE AB ⊥， 又ABD △是等边三角形，则DE AB ⊥，从而CED ∠为二面角C AB D −−的平面角，即150CED ∠=，显然,,CE DE E CE DE ⋂=⊂平面CDE ，于是AB ⊥平面CDE ，又AB ⊂平面ABC ， 因此平面CDE ⊥平面ABC ，显然平面CDE ⋂平面ABC CE =， 直线CD ⊂平面CDE ，则直线CD 在平面ABC 内的射影为直线CE ，从而DCE ∠为直线CD 与平面ABC 所成的角，令2AB =，则1,CE DE =CDE 中，由余弦定理得：CD ==由正弦定理得sin sin DE CD DCE CED =∠∠，即sin1503sin DCE ∠==显然DCE ∠是锐角，cosDCE ∠==所以直线CD 与平面ABC 故选：C3．（2023·全国新Ⅱ卷）（多选）已知圆锥的顶点为P ，底面圆心为O ，AB 为底面直径，120APB ∠=︒，2PA =，点C 在底面圆周上，且二面角P AC O −−为45°，则（ ）．A ．该圆锥的体积为πB ．该圆锥的侧面积为C．AC =D ．PAC △【答案】AC【分析】根据圆锥的体积、侧面积判断A 、B 选项的正确性，利用二面角的知识判断C 、D 选项的正确性.【详解】依题意，120APB ∠=︒，2PA =，所以1,OP OA OB ==A 选项，圆锥的体积为21π1π3⨯⨯⨯=，A 选项正确；B 选项，圆锥的侧面积为π2=，B 选项错误；C 选项，设D 是AC 的中点，连接,OD PD ，则,AC OD AC PD ⊥⊥，所以PDO ∠是二面角P AC O −−的平面角， 则45PDO ∠=︒，所以1OP OD ==，故AD CD ==AC =C 选项正确；D 选项，PD ==122PACS =⨯=，D 选项错误. 故选：AC.4．（2022·浙江）如图，已知正三棱柱1111,ABC A B C AC AA −=，E ，F 分别是棱11,BC AC 上的点．记EF 与1AA 所成的角为α，EF 与平面ABC 所成的角为β，二面角F BC A −−的平面角为γ，则（ ）A ．αβγ≤≤B ．βαγ≤≤C ．βγα≤≤D ．αγβ≤≤【答案】A【分析】先用几何法表示出αβγ，，，再根据边长关系即可比较大小．【详解】如图所示，过点F 作FP AC ⊥于P ，过P 作PM BC ⊥于M ，连接PE ，则EFP α=∠，FEP β=∠，FMP γ=∠， tan 1PE PE FP AB α==≤，tan 1FP AB PE PE β==≥，tan tan FP FPPM PEγβ=≥=， 所以αβγ≤≤， 故选：A ．5．（2019·浙江）设三棱锥V ABC −的底面是正三角形，侧棱长均相等，P 是棱VA 上的点（不含端点），记直线PB 与直线AC 所成角为α，直线PB 与平面ABC 所成角为β，二面角P AC B −−的平面角为γ，则 A ．,βγαγ<< B ．,βαβγ<< C ．,βαγα<< D ．,αβγβ<<【答案】B【解析】本题以三棱锥为载体，综合考查异面直线所成的角、直线与平面所成的角、二面角的概念，以及各种角的计算.解答的基本方法是通过明确各种角，应用三角函数知识求解，而后比较大小.而充分利用图形特征，则可事倍功半.【详解】方法1：如图G 为AC 中点，V 在底面ABC 的投影为O ，则P 在底面投影D 在线段AO 上，过D 作DE 垂直AE ，易得//PE VG ，过P 作//PF AC 交VG 于F ，过D 作//DH AC ，交BG 于H ，则,,BPF PBD PED α=∠β=∠γ=∠，则cos cos PF EG DH BD PB PB PB PB α===<=β，即αβ>，tan tan PD PDED BDγ=>=β，即y >β，综上所述，答案为B.方法2：由最小角定理βα<，记V AB C −−的平面角为γ'（显然γ'=γ） 由最大角定理β<γ'=γ，故选B.方法3：（特殊位置）取V ABC −为正四面体，P 为VA 中点，易得cos sin sin 33α=⇒α=β=γ=，故选B.【点睛】常规解法下易出现的错误有，不能正确作图得出各种角.未能想到利用“特殊位置法”，寻求简便解法. 6．（2018·浙江）已知四棱锥S ABCD −的底面是正方形，侧棱长均相等，E 是线段AB 上的点（不含端点），设SE 与BC 所成的角为1θ，SE 与平面ABCD 所成的角为2θ，二面角S AB C −−的平面角为3θ，则 A ．123θθθ≤≤ B ．321θθθ≤≤ C ．132θθθ≤≤ D ．231θθθ≤≤【答案】D【分析】分别作出线线角、线面角以及二面角，再构造直角三角形，根据边的大小关系确定角的大小关系. 【详解】设O 为正方形ABCD 的中心，M 为AB 中点，过E 作BC 的平行线EF ，交CD 于F ，过O 作ON 垂直EF 于N ，连接SO 、SN 、OM ，则SO 垂直于底面ABCD ，OM 垂直于AB ， 因此123,,,SEN SEO SMO θθθ∠=∠=∠= 从而123tan ,tan ,tan ,SN SN SO SOEN OM EO OMθθθ==== 因为SN SO EO OM ≥≥，，所以132tan tan tan ,θθθ≥≥即132θθθ≥≥，选D.【点睛】线线角找平行，线面角找垂直，面面角找垂面.7．（2017·浙江）如图，已知正四面体D –ABC （所有棱长均相等的三棱锥），P ，Q ，R 分别为AB ，BC ，CA 上的点，AP=PB ，2BQ CRQC RA==，分别记二面角D–PR–Q ，D–PQ–R ，D–QR–P 的平面角为α,β,γ，则A ．γ<α<βB ．α<γ<βC ．α<β<γD ．β<γ<α【答案】B【详解】设O 为三角形ABC 中心，则正四面体D –ABC 的顶点在底面ABC 的投影为O ，过O 分别作PR 、PQ 、RQ 的垂线，垂足分别为E 、F 、G ，连结DE 、DF 、DG ，则有=,=,=,DEO DFO DGO αβγ∠∠=∠所以tan =,tan =,tan =OD OD ODOE OF OGαβγ 只需比较OE 、OF 、OG 的大小：在底面三角形ABC 中，建立如图示的坐标系，不妨设2AB =,则()()(1,0,1,0,,A B C −()120,0,,,33P Q R ⎛⎛− ⎝⎭⎝⎭所以直线RP 的方程为2y x =，直线PQ 的方程为y =，直线RQ 的方程为39y x =+,由点到直线的距离公式，可求出：1,,21393OE OF OG ===所以OE OG OF >>,所以tan tan tan αγβ<<，有α,β,γ均为锐角，所以α<γ<β. 故选：B【点睛】立体几何是高中数学中的重要内容，也是高考重点考查的考点与热点．这类问题的设置一般有线面位置关系的证明与角度距离的计算等两类问题．解答第一类问题时一般要借助线面平行与垂直的判定定理进行；解答第二类问题时先建立空间直角坐标系，运用空间向量的坐标形式及数量积公式进行求解．8．（2015·浙江）如图，已知ABC ∆，D 是AB 的中点，沿直线CD 将ACD ∆折成A CD ∆¢，所成二面角A CD B '−−的平面角为α，则A ．A DB α'∠≤ B ．A DB α'∠≥C ．A CB α∠'≤D ．A CB α'∠≥【答案】B【详解】设ADC θ∠=，设2AB =，则由题意1AD BD ==，在空间图形中，设A B t '=， 在A DB ∆'中，2222222112cos 22112A D DB AB t t A DB A D DB +−+−−∠===⨯'⨯''⨯，在空间图形中，过A '作AN DC ⊥，过B 作BM DC ⊥，垂足分别为N ，M ， 过N 作//NP MB ，连结A P '，∴NP DC ⊥，则A NP ∠'就是二面角A CD B '−−的平面角，∴A NP α∠'=， 在Rt A ND ∆'中，cos cos DN A D A DC θ=∠=''，，同理，sin BM PN θ==，cos DM θ=，故2cos BP MN θ==， 显然BP ⊥面A NP '，故BP A P ⊥'，在Rt A BP ∆'中，2222222(2cos )4cos A P A B BP t t θθ=−==−'−'，在A NP ∆'中，222cos cos 2A N NP A P A NP A N NP α'''∠'+−==⨯2222sin sin (4cos )2sin sin t θθθθθ+−−=⨯ 222222222222cos 2cos 1cos cos 2sin 2sin sin sin sin t t A DB θθθθθθθθ+−−==+=∠+'，∵210sin θ>，22cos 0sin θθ≥，∴cos cos A DB α≥∠'（当2πθ=时取等号）， ∵，[0,]A DB π∠∈'，而cos y x =在[0,]π上为递减函数，∴A DB α≤∠'，故选B.考点：立体几何中的动态问题考点04 点面距及其应用1．（2019·全国）已知∠ACB=90°，P 为平面ABC 外一点，PC =2，点P 到∠ACB 两边AC ，BC么P 到平面ABC 的距离为 ．【分析】本题考查学生空间想象能力，合理画图成为关键，准确找到P 在底面上的射影，使用线面垂直定理，得到垂直关系，勾股定理解决．【详解】作,PD PE 分别垂直于,AC BC ，PO ⊥平面ABC ，连CO ，已知,CD PD CD PO ⊥⊥，=PD OD P ，CD \^平面PDO ，OD ⊂平面PDO ，CD OD ∴⊥PD PE =∵2PC =．sin sin PCE PCD ∴∠=∠=，60PCB PCA ︒∴∠=∠=，PO CO ∴⊥，CO 为ACB ∠平分线，451,OCD OD CD OC ︒∴∠=∴===2PC =，PO ∴==【点睛】画图视角选择不当，线面垂直定理使用不够灵活，难以发现垂直关系，问题即很难解决，将几何体摆放成正常视角，是立体几何问题解决的有效手段，几何关系利于观察，解题事半功倍．。
专题10 立体几何-五年(2017-2021)高考数学真题分项详解(新高考地区专用)(解析版)
连 ，在正方体 中，
M是 的中点，所以 为 中点，
又N是 的中点，所以 ，
平面 平面 ，
所以 平面 .
因为 不垂直 ，所以 不垂直
则 不垂直平面 ，所以选项B,D不正确；
在正方体 中， ，
平面 ，所以 ，
，所以 平面 ，
平面 ，所以 ，
且直线 是异面直线，
所以选项C错误，选项A正确.
故选：A.
本题考查了旋转体的理解和应用，解题的关键是掌握圆锥底面周长即为侧面展开图半圆的弧长，圆锥的母线长即为侧面展开图半圆的半径，考查了逻辑推理能力与运算能力，属于基础题．
【2021·江苏高考】在正三棱柱 中， ，点P满足 ，其中 ， ，则
A.当 时， 的周长为定值
B.当 时，三棱锥 的体积为定值
C.当 时，有且仅有一个点P，使得
而 面BCD， 面BCD， ，
面BCD， 面BCD，
， 是直角三角形，且 ，
设DF与面DBC所成角为 ，则 即为CH与面DBC的夹角，
且 ，
在 中， ，
，
．
【知识点】线面垂直的判定、直线与平面所成的角、面面垂直的性质、线面垂直的性质
【解析】本题主要考查空间直线互相垂直的判定和性质，以及直线与平面所成角的几何计算问题，考查了空间想象能力和思维能力，平面与空间互相转化是能力，几何计算能力，以及逻辑推理能力，本题属综合性较强的题．
D.当 时，有且仅有一个点P，使得 平面
【答案】BD
【知识点】圆柱、圆锥、圆台的侧面积、表面积和体积
【解析】解：对于A，当 时， ，即 ，所以 ，
故点P在线段 上，此时 的周长为 ，
当点P为 的中点时， 的周长为 ，
当点P在点 处时， 的周长为 ，
近5年高考数学理科试卷(全国卷1)分类汇编立体几何(解析版)(大题版)(2011年2012年2013年2014年2015年)整理版
2011(18)(本小题满分12分)如图，四棱锥P —ABCD 中，底面ABCD 为平行四边形，∠DAB=60°,AB=2AD,PD ⊥底面ABCD.(Ⅰ)证明：PA ⊥BD ；(Ⅱ)若PD=AD ，求二面角A-PB-C 的余弦值。
解：（Ⅰ ）因为60,2DAB AB AD ∠=︒=,由余弦定理得BD =从而BD 2+AD 2= AB 2，故BD ⊥AD又PD ⊥底面ABCD ，可得BD ⊥PD所以BD ⊥平面PAD. 故PA ⊥BD（Ⅱ）如图，以D 为坐标原点，AD 的长为单位长，射线DA 为x 轴的正半轴建立空间直角坐标系D-xyz ，则()1,0,0A,()0B,()C -,()0,0,1P 。
(1,3,0),(0,3,1),(1,0,0)AB PB BC =-=-=-设平面PAB 的法向量为n=（x,y,z ），则0z =-=因此可取n=设平面PBC 的法向量为m ，则 00m PB m BC ⋅=⋅=可取m=（0，-1， cos ,7m n ==-故二面角A-PB-C 的余弦值为7-2012、19．（本小题满分12分）如图，直三棱柱111C B A ABC -中，121AA BC AC ==，D 是棱1AA 的中点，BD DC ⊥1．（Ⅰ）证明：BC DC ⊥1；（Ⅱ）求二面角11C BD A --的大小．【解析】（1）在Rt DAC ∆中，AD AC =得：45ADC ︒∠=同理：1114590A DC CDC ︒︒∠=⇒∠= 得：111,DC DC DC BD DC ⊥⊥⇒⊥面1BCD DC BC ⇒⊥（2）11,DC BC CC BC BC ⊥⊥⇒⊥面11ACC A BC AC ⇒⊥取11A B 的中点O ，过点O 作OH BD ⊥于点H ，连接11,C O C H111111A C B C C O A B =⇒⊥，面111A B C ⊥面1A BD 1C O ⇒⊥面1A BD 1O H B D C H B D⊥⇒⊥ 得：点H 与点D 重合 且1C DO ∠是二面角11C BD A --的平面角设AC a =，则12C O =，111230C D C O C DO ︒==⇒∠= 既二面角11C BD A --的大小为30︒A C B1B 1A D 1C2013，理18)(本小题满分12分)如图，三棱柱ABC －A 1B 1C 1中，CA ＝CB ，AB ＝AA 1，∠BAA 1＝60°.(1)证明：AB ⊥A 1C ；(2)若平面ABC ⊥平面AA 1B 1B ，AB ＝CB ，求直线A 1C 与平面BB 1C 1C 所成角的正弦值．(1)证明：取AB 的中点O ，连结OC ，OA 1，A 1B .因为CA ＝CB ，所以OC ⊥AB .由于AB ＝AA 1，∠BAA 1＝60°，故△AA 1B 为等边三角形，所以OA 1⊥AB .因为OC ∩OA 1＝O ，所以AB ⊥平面OA 1C .又A 1C ⊂平面OA 1C ，故AB ⊥A 1C .(2)解：由(1)知OC ⊥AB ，OA 1⊥AB .又平面ABC ⊥平面AA 1B 1B ，交线为AB ，所以OC ⊥平面AA 1B 1B ，故OA ，OA 1，OC 两两相互垂直．以O 为坐标原点，OA 的方向为x 轴的正方向，|OA |为单位长，建立如图所示的空间直角坐标系O －xyz.由题设知A (1,0,0)，A 1(0，3，0)，C (0,0，B (－1,0,0)． 则BC ＝(1,0，1BB ＝1AA ＝(－10)，1AC ＝(0，． 设n ＝(x ，y ，z )是平面BB 1C 1C 的法向量，则10,0,BC BB ⎧⋅=⎪⎨⋅=⎪⎩n n 即0,30.x x y ⎧+=⎪⎨-+=⎪⎩可取n ＝1，－1)．故cos 〈n ，1AC 〉＝11AC AC ⋅n n ＝5-. 所以A 1C 与平面BB 1C 1C 所成角的正弦值为5.2014、19. (本小题满分12分)如图三棱锥111ABC A B C -中，侧面11BB C C 为菱形，1AB B C ⊥. （I ）证明：1AC AB =；（Ⅱ）若1AC AB ⊥，o 160CBB ∠=，AB=Bc ，求二面角111A A B C --的余弦值.【解析】：(Ⅰ)连结1BC ，交1B C 于O ，连结AO ．因为侧面11BB C C 为菱形，所以1B C 1BC ⊥，且O 为1B C 与1BC 的中点．又1AB B C ⊥，所以1B C ⊥平面ABO ，故1B C AO ⊥又 1B O CO =，故1AC AB = ………6分（Ⅱ）因为1AC AB ⊥且O 为1B C 的中点，所以又因为，所以BOA BOC ∆≅∆故OA ⊥，从而OA ，OB ，1OB 两两互相垂直．以O 为坐标原点，OB 的方向为x 轴正方向，OB 为单位长，建立如图所示空间直角坐标系O-xyz ． 因为0160CBB ∠=，所以1CBB ∆为等边三角形．又，则A ⎛ ⎝，()1,0,0B，1B ⎛⎫ ⎪ ⎪⎝⎭，0,C ⎛⎫ ⎪ ⎪⎝⎭1AB ⎛= ⎝，111,0,,A B AB ⎛== ⎝111,B C BC ⎛⎫==- ⎪ ⎪⎝⎭ 设(),,n x y z =是平面的法向量，则11100n AB n A B ⎧=⎪⎨=⎪⎩，即00y z x z =⎪-=⎪⎩所以可取(1,3,n = 设m 是平面的法向量，则111100m A B n B C ⎧=⎪⎨=⎪⎩，同理可取(1,m = 则1cos ,7n mn m n m ==，所以二面角111A A B C --的余弦值为17.2015（18）如图，，四边形ABCD为菱形，∠ABC=120°，E，F是平面ABCD同一侧的两点，BE⊥平面ABCD，DF⊥平面ABCD，BE=2DF，AE⊥EC。
五年(2018-22)高考数学真题汇编(全国卷新高考卷卷等)专题20 立体几何多选、填空(解析版)
解析：选择侧视图为③，俯视图为④，
如图所示，长方体 中， ，
分别为棱 的中点，
则正视图①，侧视图③，俯视图④对应的几何体为三棱锥 ．
故答案为：③④．
【点睛】三视图问题解决的关键之处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．
【题目栏目】立体几何\空间几何体的结构特征及其直观图、三视图\空间几何体的三视图
故 (或其补角)为异面直线 所成的角，在直角三角形 ， ， ，故 ，故 不成立，故A错误．
对于B，如图(2)所示，取 的中点为 ，连接 ， ，则 ， ，
由正方体 可得 平面 ，而 平面 ，故 ，而 ，故 平面 ，又 平面 ， ，而 ，
所以 平面 ，而 平面 ，故 ，故B正确．
对于C，如图(3)，连接 ，则 ，由B的判断可得 ，故 ，故C正确．
p4：若直线l 平面α，直线m⊥平面α，则m⊥l
则 , , , , , , ，
因为E为棱BC的中点，F为棱CD的中点，所以 ， ，
所以 , , ,
设平面 的一个法向量为 ，
则 ，令 ，则 ，
因为 ，所以 ，因为 平面 ，所以 平面 ；
(II)由(1)得， ， 设直线 与平面 所成角为 ，则 ；
(III)由正方体的特征可得，平面 的一个法向量为 ，
对于D，如图(4)，取 的中点 ， 的中点 ，连接 ，则 ，
因为 ，故 ，故 ，所以 或其补角为异面直线 所成的角，
因为正方体的棱长为2，故 ， ，
， ，故 不是直角，故 不垂直，故D错误．故选BC
【题目栏目】立体几何\空间点、直线、平面之间的位置关系\空间中点线面的位置关系
【题目来源】2021年新高考全国Ⅱ卷·第10题
2018-2022五年全国高考数学立体几何真题分类汇编(试卷版)
2018-2022五年全国各省份高考数学真题分类汇编专题21 立体几何解答题一、解答题1. (2022高考北京卷·第17题)如图, 在三棱柱中, 侧面为正方形, 平面平面, , M, N分别为, AC的中点.(1)求证: 平面；(2)再从条件①、条件②这两个条件中选择一个作为已知, 求直线AB与平面BMN所成角的正弦值．条件①: ；条件②: .注：如果选择条件①和条件②分别解答, 按第一个解答计分．2. (2022年高考全国甲卷数学(理)·第18题)在四棱锥中, 底面.(1)证明: ；(2)求PD与平面所成的角的正弦值.3. (2022年浙江省高考数学试题·第19题)如图, 已知和都是直角梯形, , , , , , , 二面角的平面角为. 设M, N分别为的中点.(1)证明: ；(2)求直线与平面所成角的正弦值.4. (2022新高考全国II卷·第20题)如图, 是三棱锥的高, , , E是的中点.(1)证明: 平面；(2)若, , , 求二面角/正弦值．5. (2022新高考全国I卷·第19题)如图, 直三棱柱的体积为4, 的面积为.(1)求A到平面1A BC的距离；(2)设D为的中点, , 平面平面, 求二面角的正弦值.6. (2022年高考全国乙卷数学(理)·第18题)如图, 四面体中, , E为的中点.(1)证明: 平面平面；(2)设, 点F在上, 当的面积最小时, 求与平面所成的角的正弦值．7. (2021年高考浙江卷·第19题)如图, 在四棱锥中, 底面是平行四边形, , M, N分别为的中点, .(1)证明: ；(2)求直线与平面所成角的正弦值.8. (2021年新高考全国Ⅱ卷·第19题)在四棱锥中, 底面是正方形, 若.(1)证明: 平面平面；(2)求二面角/平面角的余弦值.9. (2021年新高考Ⅰ卷·第20题)如图, 在三棱锥中, 平面平面, , 为的中点.(1)证明: ；(2)若是边长为1/等边三角形, 点在棱上, , 且二面角的大小为, 求三棱锥的体积．10. (2021年高考全国乙卷理科·第18题)如图, 四棱锥的底面是矩形, 底面, , 为的中点,且.(1)求BC；(2)求二面角的正弦值.11. (2021年高考全国甲卷理科·第19题)已知直三棱柱中, 侧面为正方形, , E, F分别为和/中点, D为棱上的点.(1)证明: ；(2)当为何值时, 面与面所成的二面角的正弦值最小?12. (2021高考北京·第17题)如图: 在正方体中, 为中点, 与平面交于点.(1)求证: 为的中点；(2)点是棱上一点, 且二面角的余弦值为, 求的值．13. (2020年高考课标Ⅰ卷理科·第18题)如图, 为圆锥的顶点, 是圆锥底面的圆心, 为底面直径, . 是底面的内接正三角形, 为上一点, .(1)证明: 平面；(2)求二面角的余弦值.14. (2020年高考课标Ⅱ卷理科·第20题)如图, 已知三棱柱ABC-A1B1C1的底面是正三角形, 侧面BB1C1C是矩形, M, N分别为BC, B1C1的中点, P为AM上一点, 过B1C1和P 的平面交AB于E, 交AC于F.(1)证明: AA1∥MN, 且平面A1AMN⊥EB1C1F；(2)设O为△A1B1C1的中心, 若AO∥平面EB1C1F, 且AO=AB, 求直线B1E与平面A1AMN 所成角的正弦值.15．(2020年高考课标Ⅲ卷理科·第19题)如图, 在长方体中, 点分别在棱上, 且, ．(1)证明: 点/平面内；(2)若, , , 求二面角的正弦值．16. (2020年新高考全国Ⅰ卷(山东)·第20题)如图, 四棱锥P-ABCD的底面为正方形, PD⊥底面ABCD. 设平面PAD与平面PBC的交线为l.(1)证明: l⊥平面PDC；(2)已知PD=AD=1, Q为l上的点, 求PB与平面QCD所成角的正弦值的最大值．17. (2020年新高考全国卷Ⅱ数学(海南)·第20题)如图, 四棱锥P-ABCD的底面为正方形,PD底面ABCD. 设平面PAD与平面PBC的交线为.(1)证明: 平面PDC；(2)已知PD=AD=1, Q为上的点, QB=, 求PB与平面QCD所成角的正弦值．18. (2020年浙江省高考数学试卷·第19题)如图, 三棱台DEF—ABC中, 面ADFC⊥面ABC, ∠ACB=∠ACD=45°, DC =2BC.(I)证明: EF⊥DB；(II)求DF与面DBC所成角的正弦值.19. (2020天津高考·第17题)如图, 在三棱柱中, 平面, , 点分别在棱和棱上, 且为棱的中点.(Ⅰ)求证: ；(Ⅱ)求二面角1B B E D --的正弦值；(Ⅲ)求直线与平面所成角的正弦值.20. (2020江苏高考·第24题)在三棱锥中, 已知,, 为的中点, 平面, , 为的中点.(1)求直线AB 与DE 所成角的余弦值；(2)若点在上, 满足, 设二面角的大小为, 求的值.21. (2020江苏高考·第15题)在三棱柱中, , 平面, 分别是的中点.(1)求证: 平面；(2)求证：平面平面.22. (2020北京高考·第16题)如图, 在正方体中, 为的中点.(Ⅰ)求证: 平面；(Ⅱ)求直线与平面所成角的正弦值.23. (2019年高考浙江·第19题)如图, 已知三棱柱, 平面平面, , , , , 分别是, 的中点．(Ⅰ)证明: ；(Ⅱ)求直线与平面所成角的余弦值.24. (2019年高考天津理·第17题)如图, 平面, , . (Ⅰ)求证: 平面；(Ⅱ)求直线CE 与平面BDE 所成角的正弦值；(Ⅲ)若二面角的余弦值为, 求线段的长.25. (2019年高考上海·第17题)如图, 在长方体中, 为上一点, 已知, , , . (1)求直线1A C 与平面ABCD 的夹角； (2)求点A 到平面1A MC 的距离.FE C 1A 1B 1CBAABCDEF26. (2019年高考全国Ⅲ理·第19题)图1是由矩形ADEB, Rt △ABC 和菱形BFGC 组成的一个平面图形, 其中AB=1, BE=BF=2, ∠FBC=60°, 将其沿AB, BC 折起使得BE 与BF 重合, 连结DG, 如图2.(1)证明: 图2中的A, C, G, D 四点共面, 且平面ABC ⊥平面BCGE ；(2)求图2中的二面角B −CG −A 的大小.27. (2019年高考全国Ⅱ理·第17题)如图, 长方体的底面是正方形, 点在棱上, . 证明: 平面；若, 求二面角的正弦值．图2图1D A28. (2019年高考全国Ⅰ理·第18题)如图, 直四棱柱的底面是菱形, 分别是, , 的中点.(1)证明: 平面；(2)求二面角的正弦值.29. (2019年高考江苏·第16题)如图, 在直三棱柱中, 分别为, 的中点, .求证：(1)平面；(2).30. (2019年高考北京理·第16题)如图, 在四棱锥P–ABCD中, PA⊥平面ABCD, AD ⊥CD, AD∥BC, PA=AD=CD=2, BC=3. E为PD的中点, 点F在PC上, 且.(Ⅰ)求证: CD⊥平面PAD；(Ⅱ)求二面角F–AE–P的余弦值；(Ⅲ)设点G在PB上, 且. 判断直线AG是否在平面AEF内, 说明理由.31. (2018年高考数学江苏卷·第25题)(本小题满分10分)如图, 在正三棱柱ABC-A1B1C1中, AB=AA1=2, 点P, Q分别为A1B1, BC的中点.(1)求异面直线BP与AC1所成角的余弦值；(2)求直线CC1与平面AQC1所成角的正弦值.32. (2018年高考数学江苏卷·第15题)(本小题满分14分)在平行六面体中, .求证: (1)；(2).33. (2018年高考数学浙江卷·第19题)(本题满分15分)如图, 已知多面体, 均垂直于平面,, , , ．(1)证明: 平面；(2)求直线与平面所成角的正弦值.34. (2018年高考数学上海·第17题)(本题满分14分, 第1小题满分6分, 第2小题满分8分)已知圆锥的顶点为, 底面圆心为, 半径为2, (1)设圆锥的母线长为4, 求圆锥的体积；(2)设, 是底面半径, 且, 为线段的中点, 如图, 求异面直线与 所成的角的大小．35. (2018年高考数学天津(理)·第17题)(本小题满分13分)如图, 且, , 且, , 且, 平面, . (1)若为的中点, 为的中点, 求证：平面； (2)求二面角E BC F --的正弦值；(3)若点在线段上, 且直线与平面所成的角为, 求线段的长.ACA 1C 1B 136. (2018年高考数学课标Ⅲ卷(理)·第19题)(12分)如图, 边长为的正方形所在平面与半圆弧所在的平面垂直, 是弧上异于的点. (1)证明: 平面平面；(2)当三棱锥体积最大时, 求面与面所成二面角的正弦值．37. (2018年高考数学课标Ⅱ卷(理)·第20题)(12分) 如图, 在三棱锥中, , , 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．ABC DEFG MN38. (2018年高考数学课标卷Ⅰ(理)·第18题)(12分)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PEF ⊥平面ABFD ； (2)求与平面所成角的正弦值.39. (2018年高考数学北京(理)·第16题)(本小题14分)如图, 在三棱柱中, 平面,分别为的中点, , . (Ⅰ)求证: 平面；(Ⅱ)求二面角1B CD C --的余弦值； (Ⅲ)证明: 直线与平面相交.PABMCO。
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五年高考真题分类汇编：立体几何一、选择题1.（2015安徽高考，理5）已知m ，n 是两条不同直线，α，β是两个不同平面，则下列命题正确的是（ ）（A ）若α，β垂直于同一平面，则α与β平行 （B ）若m ，n 平行于同一平面，则m 与n 平行（C ）若α，β不平行，则在α内不存在与β平行的直线 （D ）若m ，n 不平行，则m 与n 不可能垂直于同一平面【解析】选D. 由A ，若α，β垂直于同一平面，则α，β可以相交、平行，故A 不正确；由B ，若m ，n 平行于同一平面，则m ，n 可以平行、重合、相交、异面，故B 不正确；由C ，若α，β不平行，但α平面内会存在平行于β的直线，如α平面中平行于α，β交线的直线；由D 项，其逆否命题为“若m 与n 垂直于同一平面，则m ，n 平行”是真命题，故D 项正确.所以选D.2.（2015北京高考，理4）设α，β是两个不同的平面，m 是直线且m α⊂．“m β∥”是“αβ∥”的（ ）A ．充分而不必要条件B ．必要而不充分条件C ．充分必要条件D ．既不充分也不必要条件【解析】选B. 因为α，β是两个不同的平面，m 是直线且m α⊂．若“m β∥”，则平面、αβ可能相交也可能平行，不能推出//αβ，反过来若//αβ，m α⊂，则有m β∥，则“m β∥”是“αβ∥”的必要而不充分条件.3.（2015新课标全国卷I ，理6）《九章算术》是我国古代内容极为丰富的数学名著，书中有如下问题:“今有委米依垣内角，下周八尺，高五尺。
问:积及为米几何?”其意思为:“在屋内墙角处堆放米(如图，米堆为一个圆锥的四分之一)，米堆为一个圆锥的四分之一)，米堆底部的弧长为8尺，米堆的高为5尺，问米堆的体积和堆放的米各为多少?”已知1斛米的体积约为1.62立方尺，圆周率约为3，估算出堆放斛的米约有（ ）(A)14斛 (B)22斛 (C)36斛 (D)66斛 【答案】B4.（2015陕西高考，理5）一个几何体的三视图如图所示，则该几何体的表面积为（ ） A ．3π B ．4π C ．24π+ D ．34π+【解析】选D.由三视图知：该几何体是半个圆柱，其中底面圆的半径为1，母线长为2，所以该几何体的表面积是()1211222342ππ⨯⨯⨯++⨯=+，故选D ． 5.（2015新课标全国卷I ，理11）圆柱被一个平面截去一部分后与半球(半径为r )组成一个几何体，该几何体三视图中的正视图和俯视图如图所示.若该几何体的表面积为16 + 20π，则r =（ ）（A ）1 （B ）2 （C ）4 （D ）8【解析】选B.由正视图和俯视图知，该几何体是半球与半个圆柱的组合体，圆柱的半径与球的半径都为r ，圆柱的高为2r ，其表面积为22142222r r r r r r πππ⨯+⨯++⨯=2254r r π+=16 + 20π，解得r =2，故选B. 6.（2015重庆高考，理5）某几何体的三视图如图所示，则该几何体的体积为A 、13π+ B 、23π+ C 、 123π+ D 、223π+【解析】选A.这是一个三棱锥与半个圆柱的组合体，2111112(12)12323V ππ=⨯⨯+⨯⨯⨯⨯⨯=+，选A .7.(2015北京高考，理5)某三棱锥的三视图如图所示，则该三棱锥的表面积是（ ）正(主)视图11俯视图侧(左)视图21A．2 B．4+ C．2+ D ．5 【答案】C52=,三棱锥表面积表252S =+.8.(2015安徽高考，理7)一个四面体的三视图如图所示，则该四面体的表面积是（ ） （A ）13+ （B ）23+ （C ）122+ （D ）22【解析】选B.由题意，该四面体的直观图如下，,ABD BCD ∆∆是等腰直角三角形，,ABC ACD ∆∆是等边三角形，则113221,22sin 60222BCD ABD ABC ACD S S S S ∆∆∆∆==⨯⨯===⨯⨯=o ，所以四面体的表面积3212232BCD ABD ABC ACD S S S S S ∆∆∆∆=+++=⨯+⨯=+，故选B. 9.(2015新课标全国卷II ，理9)已知A,B 是球O 的球面上两点，∠AOB=90,C 为该球面上的动点，若三棱锥O-ABC 体积的最大值为36，则球O 的表面积为( ) A ．36π B.64π C.144π D.256π 【答案】CBOAC10.(2015山东高考，理7)在梯形ABCD 中，2ABC π∠=，//,222AD BC BC AD AB === .将梯形ABCD 绕AD 所在的直线旋转一周而形成的曲面所围成的几何体的体积为（ ） （A ）23π （B ）43π （C ）53π （D ）2π【解析】选C. 直角梯形ABCD 绕AD 所在的直线旋转一周而形成的曲面所围成的几何体是一个底面半径为1，母线长为2的圆柱挖去一个底面半径同样是1、高为1的圆锥后得到的组合体，所以该组合体的体积为：2215121133V V V πππ=-=⨯⨯-⨯⨯⨯=圆柱圆锥,故选C. 11.(2015浙江高考，理8)如图，已知ABC ∆，D 是AB 的中点，沿直线CD 将ACD ∆折成A CD '∆，所成二面角A CDB '--的平面角为α，则（ ）A. A DB α'∠≤B. A DB α'∠≥C. A CB α'∠≤D. A CB α'∠≤【解析】B.试题分析：设ADC θ∠=，设2AB =，则由题意1AD BD ==，在空间图形中，设A B t '=，在A CB '∆中，2222222112cos 22112A D DB AB t t A DB A D DB '+-+--'∠==='⨯⨯⨯， 在空间图形中，过A '作AN DC ⊥，过B 作BM DC ⊥，垂足分别为N ，M ， 过N 作//NP MB ，连结A P '，∴NP DC ⊥，则A NP '∠就是二面角A CD B '--的平面角，∴A NP α'∠=，在Rt A ND '∆中，cos cos DN A D A DC θ''=∠=，sin sin A N A D A DC θ'''=∠=， 同理，sin BM PN θ==，cos DM θ=，故2cos BP MN θ==， 显然BP ⊥面A NP '，故BP A P '⊥，在Rt A BP '∆中，2222222(2cos )4cos A P A B BP t t θθ''=-=-=-，在A NP '∆中，222cos cos 2A N NP A P A NP A N NP α''+-'=∠='⨯2222sin sin (4cos )2sin sin t θθθθθ+--=⨯12.(2015湖南高考，理10)某工件的三视图如图3所示，现将该工件通过切割，加工成一个体积尽可能大的长方体新工件，并使新工件的一个面落在原工件的一个面内，则原工件材料的利用率为（材料利用率=新工件的体积原工件的体积）（ ）A.89πB.169πC.34(21)π-D.312(21)π-【解析】选A.分析题意可知，问题等价于圆锥的内接长方体的体积的最大值，设长方体体的长，宽，高分别为x ，y ，h ，长方体上底面截圆锥的截面半径为a ，则22224)2(a a y x ==+，如下图所示，圆锥的轴截面如图所示，则可知a h ha 22221-=⇒-=，而长方体的体积)22(2222222a a h a h y x xyh V -==+≤=322162()327a a a ++-≤⨯=，当且仅当y x =，3222=⇒-=a a a 时，等号成立，此时利用率为ππ98213127162=⨯⨯，故选A.13.（2015浙江高考，理2）某几何体的三视图如图所示（单位：cm ），则该几何体的体积是（ ）A.38cmB. 312cmC.3323cm D. 3403cm【答案】C.14.（2015福建高考，理7）若,l m 是两条不同的直线，m 垂直于平面α ，则“l m ⊥ ”是“//l α 的 （ ）A ．充分而不必要条件B ．必要而不充分条件C ．充分必要条件D ．既不充分也不必要条件【解析】选 B. 若l m ⊥，因为m 垂直于平面α，则//l α或l α⊂；若//l α，又m 垂直于平面α，则l m ⊥，所以“l m ⊥ ”是“//l α 的必要不充分条件，故选B ．学优高考网15.（2015新课标全国卷II ，理6）一个正方体被一个平面截去一部分后，剩余部分的三视图如右图，则截去部分体积与剩余部分体积的比值为( ) A ．81 B ．71 C ．61 D ．51【解析】选D. 由三视图得，在正方体1111ABCD A B C D -中，截去四面体111A A B D -，如图所示，，设正方体棱长为a ，则11133111326A AB D V a a -=⨯=，故剩余几何体体积为3331566a a a -=，所以截去部分体积与剩余部分体积的比值为51，故选D ．CBADD 1C 1B 1A 116.（2015浙江高考，文4）设α，β是两个不同的平面，l ，m 是两条不同的直线，且l α⊂，m β⊂（ ）A ．若l β⊥，则αβ⊥B ．若αβ⊥，则l m ⊥C ．若//l β，则//αβD ．若//αβ，则//l m【解析】选A. 采用排除法，选项A 中，平面与平面垂直的判定，故正确；选项B 中，当αβ⊥时，,l m 可以垂直，也可以平行，也可以异面；选项C 中，//l β时，,αβ可以相交；选项D 中，//αβ时，,l m 也可以异面.故选A.17.（2015新课标全国卷I ，文6）《九章算术》是我国古代内容极为丰富的数学名著，书中有如下问题：“今有委米依垣内角，下周八尺，高五尺，问：积及为米几何？”其意思为：“在屋内墙角处堆放米（如图，米堆为一个圆锥的四分之一），米堆底部的弧长为8尺，米堆的高为5尺，米堆的体积和堆放的米各为多少？”已知1斛米的体积约为1.62立方尺，圆周率约为3，估算出堆放的米有（ ）（A ）14斛 （B ）22斛 （C ）36斛 （D ）66斛 【解析】选B. 设圆锥底面半径为r ，则12384r ⨯⨯=，所以163r =，所以米堆的体积为211163()5433⨯⨯⨯⨯=3209，故堆放的米约为3209÷1.62≈22，故选B. 18.（2015浙江高考，文2）某几何体的三视图如图所示（单位：cm ），则该几何体的体积是（ ）A ．83cmB ．123cmC ．3233cm D ．4033cm【解析】选C. 由三视图可知，该几何体是一个棱长为2的正方体与一个底面边长为2，高为2的正四棱锥的组合体，故其体积为32313222233V cm =+⨯⨯=.故选C. 19.（2015重庆高考，文5）某几何体的三视图如图所示，则该几何体的体积为（ ）(A)123π+ (B)136π (C) 73π (D) 52π【解析】选B. 由三视图可知该几何体是由一个底面半径为1，高为2的圆柱，再加上一个半圆锥：其底面半径为1，高也为1，构成的一个组合体，故其体积为61311612122πππ=⨯⨯⨯+⨯⨯，故选B. 20.（2015陕西高考，文5）一个几何体的三视图如图所示，则该几何体的表面积为（ ） A ．3π B ．4π C ．24π+ D ．34π+【解析】选D . 由几何体的三视图可知该几何体为圆柱的截去一半，所以该几何体的表面积为21121222342πππ⨯⨯+⨯⨯⨯+⨯=+，故答案选D 21.（2015广东高考，文6）若直线1l 和2l 是异面直线，1l 在平面α内，2l 在平面β内，l 是平面α与平面β的交线，则下列命题正确的是（ ）A ．l 至少与1l ，2l 中的一条相交B ．l 与1l ，2l 都相交C ．l 至多与1l ，2l 中的一条相交D ．l 与1l ，2l 都不相交 【解析】选A. 若直线1l 和2l 是异面直线，1l 在平面α内，2l 在平面β内，l 是平面α与平面β的交线，则l 至少与1l ，2l 中的一条相交，故选A ．22.（2015浙江高考，文7）如图，斜线段AB 与平面α所成的角为60o ，B 为斜足，平面α上的动点P 满足30∠PAB =o ，则点P 的轨迹是（ ）A ．直线B ．抛物线C ．椭圆D ．双曲线的一支【解析】选C. 由题可知，当P 点运动时，在空间中，满足条件的AP 绕AB 旋转形成一个圆锥，用一个与圆锥高成60o 角的平面截圆锥，所得图形为椭圆.故选C.23.（2015湖北高考，文5）12,l l 表示空间中的两条直线，若p ：12,l l 是异面直线；q ：12,l l 不相交，则（ ）A ．p 是q 的充分条件，但不是q 的必要条件B ．p 是q 的必要条件，但不是q 的充分条件C ．p 是q 的充分必要条件D ．p 既不是q 的充分条件，也不是q 的必要条件【解析】选A . 若p ：12,l l 是异面直线，由异面直线的定义知，12,l l 不相交，所以命题q ：12,l l 不相交成立，即p 是q 的充分条件；反过来，若q ：12,l l 不相交，则12,l l 可能平行，也可能异面，所以不能推出12,l l 是异面直线，即p 不是q 的必要条件，故应选A .24.（2015新课标全国卷I ，文11）圆柱被一个平面截去一部分后与半球（半径为r ）组成一个几何体，该几何体的三视图中的正视图和俯视图如图所示，若该几何体的表面积为1620π+，则r =( )（A ）1 （B ）2 （C ）4 （D ）81112【解析】选B. 由正视图和俯视图知，该几何体是半球与半个圆柱的组合体，圆柱的半径与球的半径都为r ，圆柱的高为2r，其表面积为22142222r r r r r r πππ⨯+⨯++⨯=2254r r π+=16 + 20π，解得r=2，故选B. 25.（2015福建高考，文9）某几何体的三视图如图所示，则该几何体的表面积等于（ ） A ．822+ B ．1122+ C ．1422+ D ．15 【解析】选B. 由三视图还原几何体，该几何体是底面为直角梯形， 高为2的直四棱柱，且底面直角梯形的两底分别为12，，直角腰长为1， 斜腰为2．底面积为12332⨯⨯=，侧面积为2+2+4+22=8+22， 所以该几何体的表面积为1122+，故选B ．26.（2015山东高考，文9）已知等腰直角三角形的直角边的长为，将该三角形绕其斜边所在的直线旋转一周而形成的曲面所围成的几何体的体积为( ) （A ）223π（B ）423π（）22π（）42π【解析】选B . 由题意知，该等腰直角三角形的斜边长为22，2，所得旋转体为同底等高的全等圆锥，所以，其体积为2142(2)223ππ⨯⨯=，故选B . 27.（2015湖南高考，文10）某工作的三视图如图3所示，现将该工作通过切削，加工成一个体积尽可能大的正方体新工件，并使新工件的一个面落在原工作的一个面内，则原工件材料的利用率为（材料利用率=新工件的体积/原工件的体积）（ ）A 、89πB 、827πC 、224(21)-D 、28(21)-【答案】A28.（2015北京高考，文7）某四棱锥的三视图如图所示，该四棱锥最长棱的棱长为（）A．1 B．2 C．3 D．2【解析】选C.四棱锥的直观图如图所示：由三视图可知，SC ⊥平面CD AB ，S A 是四棱锥最长的棱，222223SA SC AC SC AB BC =+=++=，故选C .29（2015安徽高考，文9）一个四面体的三视图如图所示，则该四面体的表面积是（ ）（A ）13+ （B ）122+ （C ）23+ （D ）22 【解析】选C. 由该几何体的三视图可知，该几何体的直观图，如下图所示：其中侧面P AC ⊥底面ABC ，且PAC ∆≌ABC ∆，由三视图中所给数据可知：2====BC AB PC PA ,取AC 中点,O 连接BO PO ,，则POB Rt ∆中，1==BO PO ⇒2=PB ∴3222212432+=⋅⋅+⋅⋅=S ，故选C . 30.(2014·湖北高考文科·T7)在如图所示的空间直角坐标系O-xyz 中,一个四面体的顶点坐标分别是(0,0,2),(2,2,0),(1,2,1),(2,2,2).给出编号为①,②,③,④的四个图,则该四面体的正视图和俯视图分别为 ( )A.①和②B.③和①C.④和③D.④和②【解题提示】由已知条件,在空间坐标系中作出几何体的大致形状,进一步得到正视图与俯视图.【解析】选D.在坐标系中标出已知的四个点,根据三视图的画图规则判断三棱锥的正视图为④,俯视图为②,故选D.31. (2014·湖北高考文科·T10)《算数书》竹简于上世纪八十年代在湖北省江陵县张家山出土,这是我国现存最早的有系统的数学典籍,其中记载有求“囷盖”的术:置如其周,令相乘也.又以高乘之,三十六成一.该术相当于给出了由圆锥的底面周长L 与高h,计算其体积V 的近似公式2136V L h ≈.它实际上是将圆锥体积公式中的圆周率π近似取为 3.那么,近似公式2275V L h ≈相当于将圆锥体积公式中的π近似取为 ( ) A.227B.258C. 15750D. 355113【解题提示】考查圆锥的体积公式以及学生的阅读理解能力.根据近似公式V ≈275L 2h,建立方程,即可求得结论.【解析】选B.设圆锥底面圆的半径为r,高为h,依题意,L=(2πr)2,V=13Sh=13πr 2h=112π(2πr)2h ≈275L 2h, 所以112π≈275,即π的近似值为258.32.（2014·湖北高考理科·Ｔ5）.在如图所示的空间直角坐标系xyz O -中，一个四面体的顶点坐标分别是（0,0,2），（2,2,0），（1,2，1），（2,2,2），给出编号①、②、③、④的四个图，则该四面体的正视图和俯视图分别为A.①和②B.③和①C. ④和③D.④和②【解题提示】 考查由已知条件，在空间坐标系中作出几何体的大致形状，进一步得到正视图与俯视图【解析】选D. 在坐标系中标出已知的四个点，根据三视图的画图规则判断三棱锥的正视图为④与俯视图为②，故选D .33.（2014·湖北高考理科·Ｔ8）《算数书》竹简于上世纪八十年代在湖北省江陵县张家山出土，这是我国现存最早的有系统的数学典籍，其中记载有求“囷盖”的术：置如其周，另相乘也。