(完整版)经典高考立体几何知识点和例题(理科学生用)
高考立体几何知识点总结整体知识框架:一 、空间几何体 (一) 空间几何体的类型1 多面体:由若干个平面多边形围成的几何体。
围成多面体的各个多边形叫做多面体的面,相邻两个面的公共边叫做多面体的棱,棱与棱的公共点叫做多面体的顶点。
2 旋转体:把一个平面图形绕它所在的平面内的一条定直线旋转形成了封闭几何体。
其中,这条直线称为旋转体的轴。
(二) 几种空间几何体的结构特征 1 、棱柱的结构特征1.1 棱柱的定义:有两个面互相平行,其余各面都是四边形,并且每相邻两个四边形的公共边都互相平行,由这些面所围成的几何体叫做棱柱。
1.2 棱柱的分类棱柱四棱柱平行六面体直平行六面体长方体正四棱柱正方体性质:棱长都相等底面是正方形底面是矩形侧棱垂直于底面底面是平行四边形底面是四边形图1-1 棱柱Ⅰ、侧面都是平行四边形,且各侧棱互相平行且相等; Ⅱ、两底面是全等多边形且互相平行; Ⅲ、平行于底面的截面和底面全等; 1.3 棱柱的面积和体积公式ch S =直棱柱侧(c 是底周长,h 是高)S 直棱柱表面 = c ·h+ 2S 底 V 棱柱 = S 底 ·h2 、棱锥的结构特征 2.1 棱锥的定义(1) 棱锥:有一个面是多边形,其余各面是有一个公共顶点的三角形,由这些面所围成的几何体叫做棱锥。
(2)正棱锥:如果有一个棱锥的底面是正多边形,并且顶点在底面的投影是底面的中心,这样的棱锥叫做正棱锥。
2.2 正棱锥的结构特征Ⅰ、 平行于底面的截面是与底面相似的正多边形,相似比等于顶点到截面的距离与顶点到底面的距离之比;它们面积的比等于截得的棱锥的高与原棱锥的高的平方比;截得的棱锥的体积与原棱锥的体积的比等于截得的棱锥的高与原棱锥的高的立方比; Ⅱ、 正棱锥的各侧棱相等,各侧面是全等的等腰三角形; 正棱锥侧面积:1'2S ch =正棱椎(c 为底周长,'h 为斜高) 体积:13V Sh =棱椎(S 为底面积,h 为高) 正四面体:对于棱长为a 正四面体的问题可将它补成一个边长为a 22的正方体问题。
对棱间的距离为a 22(正方体的边长) 正四面体的高a 36(正方体体对角线l 32=)正四面体的体积为3122a (正方体小三棱锥正方体V V V 314=-)正四面体的中心到底面与顶点的距离之比为3:1(正方体体对角线正方体体对角线:l l 2161=) ABC D POH正四面体的外接球半径为a 46,外接球半径为a 126,外接球半径a 423 、棱台的结构特征3.1 棱台的定义:用一个平行于底面的平面去截棱锥,我们把截面和底面之间的部分称为棱台。
3.2 正棱台的结构特征(1)各侧棱相等,各侧面都是全等的等腰梯形;(2)正棱台的两个底面和平行于底面的截面都是正多边形; (3)正棱台的对角面也是等腰梯形; (4)各侧棱的延长线交于一点。
4 、圆柱的结构特征4.1 圆柱的定义:以矩形的一边所在的直线为旋转轴,其余各边旋转而形成的曲面所围成的几何体叫圆柱。
4.2 圆柱的性质(1)上、下底及平行于底面的截面都是等圆; (2)过轴的截面(轴截面)是全等的矩形。
4.3 圆柱的侧面展开图:圆柱的侧面展开图是以底面周长和母线长为邻边的矩形。
4.4 圆柱的面积和体积公式S 圆柱侧面 = 2π·r ·h (r 为底面半径,h 为圆柱的高)S圆柱全= 2π r h + 2π r2V圆柱= S底h = πr2h5、圆锥的结构特征5.1 圆锥的定义:以直角三角形的一直角边所在的直线为旋转轴,其余各边旋转而形成的曲面所围成的几何体叫做圆锥。
5.2 圆锥的结构特征(1)平行于底面的截面都是圆,截面直径与底面直径之比等于顶点到截面的距离与顶点到底面的距离之比;(2)轴截面是等腰三角形;图1-5 圆锥(3)母线的平方等于底面半径与高的平方和:l2 = r2 + h25.3 圆锥的侧面展开图:圆锥的侧面展开图是以顶点为圆心,以母线长为半径的扇形。
6、圆台的结构特征6.1 圆台的定义:用一个平行于底面的平面去截圆锥,我们把截面和底面之间的部分称为圆台。
6.2 圆台的结构特征⑴圆台的上下底面和平行于底面的截面都是圆;⑵圆台的截面是等腰梯形;⑶圆台经常补成圆锥,然后利用相似三角形进行研究。
6.3 圆台的面积和体积公式S圆台侧= π·(R + r)·l (r、R为上下底面半径)S圆台全= π·r2 + π·R2 + π·(R + r)·lV圆台= 1/3 (π r2+ π R2+ π r R) h (h为圆台的高)7 球的结构特征7.1 球的定义:以半圆的直径所在的直线为旋转轴,半圆旋转一周形成的旋转体叫做球体。
空间中,与定点距离等于定长的点的集合叫做球面,球面所围成的几何体称为球体。
7-2 球的结构特征⑴球心与截面圆心的连线垂直于截面;⑵截面半径等于球半径与截面和球心的距离的平方差:r2 = R2– d2★7-3 球与其他多面体的组合体的问题球体与其他多面体组合,包括内接和外切两种类型,解决此类问题的基本思路是:⑴根据题意,确定是内接还是外切,画出立体图形;⑵找出多面体与球体连接的地方,找出对球的合适的切割面,然后做出剖面图;⑶ 将立体问题转化为平面几何中圆与多边形的问题;⑷ 注意圆与正方体的两个关系:球内接正方体,球直径等于正方体对角线; 球外切正方体,球直径等于正方体的边长。
7-4 球的面积和体积公式S 球面 = 4 π R 2 (R 为球半径) V 球 = 4/3 π R 3练习:1)将直角三角形绕它的一边旋转一周, 形成的几何体一定是( )A .圆锥B .圆柱C .圆台D .上均不正确2)用一个平面去截一个几何体,得到的截面是四边形,这个几何体可能是( )A .圆锥B .圆柱C . 球体D . 以上都可能3)下左一图是一个物体的三视图,根据图中尺寸(单位:c m ),计算它的体积为 c m 3.二、典型例题分析例1:(几何体的侧面展开图)如上左二图,长方体1111D C B A ABCD -的长、宽、高分别是5cm 、4cm 、3cm ,一只蚂蚁从A 到1C 点,沿着表面爬行的最短距离是多少.练习:1)如上右二图, 四面体P-ABC 中, PA=PB=PC=2, ∠APB=∠BPC=∠APC=300. 一只蚂蚁 从A 点出发沿四面体的表面绕一周, 再回到A 点, 问蚂蚁经过的最短路程是_________. 练习.1)已知一个几何体的主视图及左视图均是边长为2的正三角形,俯视图是直径为2的圆,则此几何体的外接球的表面积为( )A .π34B .π38C .π316 D .π332(三)空间几何体的表面积与体积 空间几何体的表面积棱柱、棱锥的表面积:各个面面积之和圆柱的表面积 :222S rl r ππ=+ 圆锥的表面积:2Srl r ππ=+圆台的表面积:22S rl r Rl R ππππ=+++ 球的表面积:24S R π=A'C'D'B'CD OABOC'A'Ac扇形的面积公式2211=36022n R S lr rπα==扇形(其中l 表示弧长,r 表示半径,α表示弧度) 空间几何体的体积 柱体的体积 :VS h =⨯底 锥体的体积 :13V S h =⨯底台体的体积 : 1)3V S S S S h =++⨯下下上上( 球体的体积:343V R π=(四)空间几何体的三视图和直观图正视图:光线从几何体的前面向后面正投影,得到的投影图。
侧视图:光线从几何体的左边向右边正投影,得到的投影图。
俯视图:光线从几何体的上面向右边正投影,得到的投影图。
★画三视图的原则:主视图反映了物体的上、下和左、右位置关系;俯视图反映了物体的前、后和左、右位置关系;侧视图反映了物体的上、下和前、后位置关系。
三个视图之间的投影关系为:正俯长相等、正侧高相同、俯侧宽一样 注:球的三视图都是圆;长方体的三视图都是矩形 直观图:斜二测画法斜二测画水平放置的平面图形的基本步骤(1)建立直角坐标系,在已知水平放置的平面图形中取互相垂直的Ox ,Oy ,建立直角坐标系; (2)画出斜坐标系,在画直观图的纸上(平面上)画出对应的Ox ′,Oy ′,使∠x ′Oy ′=45°(或135°),它们确定的平面表示水平平面;(3)画对应图形,在已知图形中平行于x 轴的线段,在直观图中画成平行于x ′轴,且长度保持不变;平行于y 轴的线段,在直观图中画成平行于y ′轴,且长度变为原来的一半; (4)擦去辅助线,图画好后,要擦去x 轴、y 轴及为画图添加的辅助线(虚线).原视图与直观图的关系:直观图原视图原视图直观图,s s s s 2242== 例1、将长方体截去一个四棱锥,得到的几何体如图所示,则该几何体的侧视图为 ( )解析:如图所示,点D 1的投影为点C 1,点D 的投影为点C ,点A 的投影为点B .答案:D练习:(1)如图所示为某一平面图形的直观图,则此平面图形可能是 ( )(2)判断:①水平放置的正方形的直观图可能是等腰梯形 ②两条相交的线段的直观图可能是平行线段 ③两条互相垂直的直线的直观图仍然垂直 ④平行四边形的直观图仍为平行四边形 ⑤长度相等的两线段直观图仍然相等(3)三角形ABC 是边长为1正三角形,求其直观图三角形'''C B A 的面积(4)如图,正方形''''C B A O 的边长为1,它是水平放置的一个平面图形的直观图,求原图形的周长和面积(5)如上右图,用斜二测画法作∆ABC 水平放置的直观图形得∆A 1B 1C 1,其中A 1B 1=B 1C 1,A 1D 1是B 1C 1边上的中线,由图形可知在∆ABC 中,下列四个结论中正确的是( ) A .AB=BC=AC B . AD ⊥BC C . AC>AD>AB>BC D . AC>AD>AB=BC空间几何体三视图(重点) 例 1如图所示,某几何体的正视图是平行四边形,侧视图和俯视图都是矩形,则该几何体的体积为( )A.6 3 B.9 3 C.12 3 D.18 3解析:由三视图可还原几何体的直观图如图所示.此几何体可通过分割和补形的方法拼凑成一个长和宽均为3,高为3的长方体,所求体积V=3×3×3=9 3.答案:B(2)一个空间几何体的三视图如图所示,则该几何体的表面积为()A.48 B.32+817 C.48+817 D.80 (3)某几何体的三视图如图所示,则该几何体的体积为()A .92π+12B .92π+18C .9π+42D .36π+18 【答案】(1)C (2)B【解析】 (1)由三视图可知本题所给的是一个底面为等腰梯形的放倒的直四棱柱(如图所示),所以该直四棱柱的表面积为S =2×12×(2+4)×4+4×4+2×4+2×1+16×4=48+817.(2)由三视图可得这个几何体是由上面是一个直径为3的球,下面是一个长、宽都为3、高为2的长方体所构成的几何体,则其体积为:V =V 1+V 2=43×π×⎝⎛⎭⎫323+3×3×2=92π+18,故选B.(3).【2012高考真题北京理7】某三棱锥的三视图如图所示,该三梭锥的表面积是( )A. 28+65B. 30+65C. 56+ 125D. 60+125【答案】B 【解析】从所给的三视图可以得到该几何体为三棱锥,如图所示,图中蓝色数字所表示的为直接从题目所给三视图中读出的长度,黑色数字代表通过勾股定理的计算得到的边长。
(完整版)立体几何知识点总结完整版
立体几何知识点【考纲解读】1、平面的概念及平面的表示法,理解三个公理及三个推论的内容及作用,初步掌握性质与推论的简单应用。
2、 空间两条直线的三种位置关系,并会判定。
3、 平行公理、等角定理及其推论,了解它们的作用,会用它们来证明简单的几何问题,掌握证明空间两直线 平行及角相等的方法。
4、 异面直线所成角的定义,异面直线垂直的概念,会用图形来表示两条异面直线,掌握异面直线所成角的范 围,会求异面直线的所成角。
5•理解空间向量的概念,掌握空间向量的加法、减法和数乘;了解空间向量的基本定理,理解空间向量坐标的概念,掌握空间向量的坐标运算 ;掌握空间向量的数量积的定义及其性质,掌握用直角坐标计算空间向量数量积公式.6•了解多面体、凸多面体、正多面体、棱柱、棱锥、球的概念•掌握棱柱,棱锥的性质,并会灵活应用,掌握球的表面积、体积公式;能画出简单空间图形的三视图, 能识别上述的三视图所表示的立体模型, 会用斜二测法画出它们的直观图•7•空间平行与垂直关系的论证 •8.掌握直线与平面所成角、二面角的计算方法,掌握三垂线定理及其逆定理,并能熟练解决有关问题 ,进一步掌握异面直线所成角的求解方法,熟练解决有关问题9•理解点到平面、直线和直线、直线和平面、平面和平面距离的概念会用求距离的常用方法(如:直接法、转 化法、向量法)•对异面直线的距离只要求学生掌握作出公垂线段或用向量表示的情况)和距离公式计算距离。
【知识络构建】<— 翅MJL 何体的峯构特征一袞间几何怀的表面锲和体枳 —I 吩间儿何体的三视图和吒现图 空何向話的槪念线性运算空间向园数呈积理和坐标运算【重点知识整合】1. 空间几何体的三视图专间儿何体空问点仁n线、平面ft置关系宀VIHI向虽与<体儿何(1) 正视图:光线从几何体的前面向后面正投影得到的投影图;(2) 侧视图:光线从几何体的左面向右面正投影得到的投影图;(3) 俯视图:光线从几何体的上面向下面正投影得到的投影图.几何体的正视图、侧视图和俯视图统称为几何体的三视图.2. 斜二测画水平放置的平面图形的基本步骤(1) 建立直角坐标系,在已知水平放置的平面图形中取互相垂直的Ox, Oy,建立直角坐标系;(2) 画出斜坐标系,在画直观图的纸上(平面上)画出对应的Ox', Oy',使/ x Oy = 45。
高考数学立体几何专项知识点精选全文完整版
可编辑修改精选全文完整版高考数学立体几何专项知识点高中数学平面几何不时是数学的一大难点,下面是小编整理的数学平面几何专项知识点,对提高数学效果会有很大的协助。
(1)空间几何体① 看法柱、锥、台、球及其复杂组合体的结构特征.② 能画出复杂空间图形(长方体、球、圆柱、圆锥、棱柱等的简易组合)的三视图,能识别上述的三视图所表示的平面模型,会用斜二侧法画出它们的直观图.③ 了解球、棱柱、棱锥、台的外表积和体积的计算公式(不要求记忆公式).(2)点、直线、平面之间的位置关系① 了解空间直线、平面位置关系的定义,并了解如下可以作为推理依据的公理和定理.◆公理1:假设一条直线上的两点在一个平面内,那么这条直线上一切的点在此平面内.◆公理2:过不在同一条直线上的三点,有且只要一个平面.◆公理3:假设两个不重合的平面有一个公共点,那么它们有且只要一条过该点的公共直线.◆公理4:平行于同一条直线的两条直线相互平行◆定理:空间中假设一个角的两边与另一个角的两边区分平行,那么这两个角相等或互补.② 以平面几何的上述定义、公理和定理为动身点,看法和了解空间中线面平行、垂直的有关性质与判定.了解以下判定定理:◆假设平面外一条直线与此平面内的一条直线平行,那么该直线与此平面平行.◆假设一个平面内的两条相交直线与另一个平面都平行,那么这两个平面平行.◆假设一条直线与一个平面内的两条相交直线都垂直,那么该直线与此平面垂直.◆假设一个平面经过另一个平面的垂线,那么这两个平面相互垂直.了解以下性质定理,并可以证明:◆假设一条直线与一个平面平行,经过该直线的任一个平面与此平面相交,那么这条直线就和交线平行.◆假设两个平行平面同时和第三个平面相交,那么它们的交线相互平行◆垂直于同一个平面的两条直线平行◆假设两个平面垂直,那么一个平面内垂直于它们交线的直线与另一个平面垂直.③ 能运用公理、定理和已取得的结论证明一些空间位置关系的复杂命题.温习关注:平面几何试题着重考察空间点、线、面的位置关系的判别及几何体的外表积与体积的计算,关注画图、识图、用图的才干,关注对平行、垂直的探求,关注对条件或结论不完备情形下的开放性效果的探求小编为大家提供的2021-2021高考数学平面几何专项知识点大家细心阅读了吗?最后祝考生们学习提高。
高中立体几何基础知识点全集(图文并茂).
高中立体几何基础知识点全集(图文并茂).第一篇:高中立体几何基础知识点全集(图文并茂).立体几何知识点整理姓名:一.直线和平面的三种位置关系: 1.线面平行 l 符号表示: 2.线面相交符号表示:3.线在面内符号表示: 二.平行关系: 1.线线平行: 方法一:用线面平行实现。
m l m l l // // ⇒⎪⎪⎪⎪⎪ = ⋂⊂βαβα方法二:用面面平行实现。
m l m l // // ⇒⎪⎪⎪⎪⎪ = ⋂ = ⋂βγα γ β α方法三:用线面垂直实现。
若α α⊥ ⊥m l , ,则 m l //。
方法四:用向量方法: 若向量和向量共线且 l、l //。
2.线面平行: 方法一:用线线平行实现。
α α α// //不重合, 则 m ml l m m l ⇒⎪⎪⎪⎪⎪⊄⊂方法二:用面面平行实现。
α β β α //// l l ⇒⎪⎪⎪⊂方法三:用平面法向量实现。
若 n 为平面α的一个法向量, l n ⊥且α⊄ l , 则α // l。
3.面面平行: 方法一:用线线平行实现。
βαα β // ' , ' , ' // ' // ⇒⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⊂⊂且相交且相交 m lm l m m l l 方法二:用线面平行实现。
βαβ α α // , // // ⇒⎪⎪⎪⎪⎪⊂且相交m l m l 三.垂直关系: 1.线面垂直: 方法一:用线线垂直实现。
αα ⊥⇒⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⊂ = ⋂⊥ ⊥ l AB AC A AB AC AB l AC l , m l方法二:用面面垂直实现。
αββαβα⊥⇒⎪⎭⎪⎪⎪⊂⊥=⋂⊥l l m l m , 2.面面垂直: 方法一:用线面垂直实现。
βαβα⊥⇒⎭⎪⎪⊂⊥l l 方法二:计算所成二面角为直角。
3.线线垂直: 方法一:用线面垂直实现。
m l m l ⊥⇒⎭⎪⎪⊂⊥αα方法二:三垂线定理及其逆定理。
PO l OA l PA l αα⊥⎪⎪⊥⇒⊥⎪⎪⊂⎭方法三:用向量方法: 若向量和向量的数量积为 0,则m l ⊥。
(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
经典高考立体几何知识点和例题(理科学生用)
高考立体几何知识点总结整体知识框架:一 、空间几何体 (一) 空间几何体的类型1 多面体:由若干个平面多边形围成的几何体。
围成多面体的各个多边形叫做多面体的面,相邻两个面的公共边叫做多面体的棱,棱与棱的公共点叫做多面体的顶点。
2 旋转体:把一个平面图形绕它所在的平面内的一条定直线旋转形成了封闭几何体。
其中,这条直线称为旋转体的轴。
(二) 几种空间几何体的结构特征 1 、棱柱的结构特征1.1 棱柱的定义:有两个面互相平行,其余各面都是四边形,并且每相邻两个四边形的公共边都互相平行,由这些面所围成的几何体叫做棱柱。
1.2 棱柱的分类棱柱四棱柱平行六面体直平行六面体长方体正四棱柱正方体性质:棱长都相等底面是正方形底面是矩形侧棱垂直于底面底面是平行四边形底面是四边形图1-1 棱柱Ⅰ、侧面都是平行四边形,且各侧棱互相平行且相等; Ⅱ、两底面是全等多边形且互相平行; Ⅲ、平行于底面的截面和底面全等; 1.3 棱柱的面积和体积公式ch S =直棱柱侧(c 是底周长,h 是高)S 直棱柱表面 = c ·h+ 2S 底 V 棱柱 = S 底 ·h2 、棱锥的结构特征 2.1 棱锥的定义(1) 棱锥:有一个面是多边形,其余各面是有一个公共顶点的三角形,由这些面所围成的几何体叫做棱锥。
(2)正棱锥:如果有一个棱锥的底面是正多边形,并且顶点在底面的投影是底面的中心,这样的棱锥叫做正棱锥。
2.2 正棱锥的结构特征Ⅰ、 平行于底面的截面是与底面相似的正多边形,相似比等于顶点到截面的距离与顶点到底面的距离之比;它们面积的比等于截得的棱锥的高与原棱锥的高的平方比;截得的棱锥的体积与原棱锥的体积的比等于截得的棱锥的高与原棱锥的高的立方比; Ⅱ、 正棱锥的各侧棱相等,各侧面是全等的等腰三角形; 正棱锥侧面积:1'2S ch =正棱椎(c 为底周长,'h 为斜高) 体积:13V Sh =棱椎(S 为底面积,h 为高) 正四面体:对于棱长为a 正四面体的问题可将它补成一个边长为a 22的正方体问题。
高中空间立体几何经典例题精选全文完整版
可编辑修改精选全文完整版立体几何一、选择题1.(20XX 年普通高等学校招生统一考试广东省数学(理)卷(纯WORD 版))设,m n 是两条不同的直线,,αβ是两个不同的平面,下列命题中正确的是 ( )A .若αβ⊥,m α⊂,n β⊂,则m n ⊥B .若//αβ,m α⊂,n β⊂,则//m nC .若m n ⊥,m α⊂,n β⊂,则αβ⊥D .若m α⊥,//m n ,//n β,则αβ⊥【答案】D2 2.(20XX 年上海市春季高考数学试卷(含答案))若两个球的表面积之比为1:4,则这两个球的体积之比为( )A .1:2B .1:4C .1:8D .1:16【答案】C 【答案】A3 3.(20XX 年高考新课标1(理))某几何体的三视图如图所示,则该几何体的体积为( )A .168π+B .88π+C .1616π+D .816π+【答案】A4 4.(20XX 年高考湖南卷(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 .1B .2C .2-12D .2+12【答案】C5.(20XX 年普通高等学校招生统一考试山东数学(理)试题(含答案))已知三棱柱111ABC A B C -的侧棱与底面垂直,体积为94,底面是边长为3.若P 为底面111A B C 的中心,则PA 与平面ABC 所成角的大小为( )A.512πB .3πC.4πD.6π【答案】B6.(20XX年普通高等学校招生统一考试重庆数学(理)试题(含答案))某几何体的三视图如题()5图所示,则该几何体的体积为()A.5603B.5803C.200D.240【答案】C7.(20XX年高考江西卷(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【答案】A二、填空题8.(20XX年高考北京卷(理))如图,在棱长为2的正方体ABCD-A1B1C1D1中,E为BC的中点,点P在线段D1E上,点P到直线CC1的距离的最小值为__________.1D1BPD1CCEBA1A【答案】2559.(20XX 年普通高等学校招生全国统一招生考试江苏卷(数学)(已校对纯WORD 版含附加题))如图,在三棱柱ABC C B A -111中,F E D ,,分别是1AA AC AB ,,的中点,设三棱锥ADE F -的体积为1V ,三棱柱ABC C B A -111的体积为2V ,则=21:V V ____________.【答案】1:2410.(20XX 年普通高等学校招生统一考试辽宁数学(理)试题(WORD 版))某几何体的三视图如图所示,则该几何体的体积是____________.【答案】1616π-11.(20XX 年普通高等学校招生统一考试福建数学(理)试题(纯WORD 版))已知某一多面体内接于球构成一个简单组合体,如果该组合体的正视图.测试图.俯视图均如图所示,且图中的四边形是边长为2的正方形,则该球的表面积是_______________【答案】12π12.(20XX 年上海市春季高考数学试卷(含答案))在如图所示的正方体1111ABCD A B C D -中,异面直线1A B 与1B C 所成角的大小为_______AB C1A D EF1B 1C【答案】3π三、解答题13.(20XX 年普通高等学校招生统一考试辽宁数学(理)试题(WORD 版))如图,AB是圆的直径,PA 垂直圆所在的平面,C 是圆上的点. (I)求证:PAC PBC ⊥平面平面;(II)2.AB AC PA C PB A ===--若,1,1,求证:二面角的余弦值D 1 C 1 B 1A 1D C AB14.(20XX 年上海市春季高考数学试卷(含答案))如图,在正三棱锥111ABC A B C -中,16AA =,异面直线1BC 与1AA 所成角的大小为6π,求该三棱柱的体积.【答案】[解]因为1CC 1AA .所以1BC C ∠为异面直线1BC 与1AA .所成的角,即1BC C ∠=6π. 在Rt 1BC C ∆中,113tan 6233BC CC BC C =⋅∠==从而2333ABC S BC ∆==因此该三棱柱的体积为1336183ABC V S AA ∆=⋅==15.(20XX 年普通高等学校招生全国统一招生考试江苏卷(数学)(已校对纯WORD 版含附加题))B 1 A 1C 1ACB如图,在三棱锥ABC S -中,平面⊥SAB 平面SBC ,BC AB ⊥,AB AS =,过A 作SB AF ⊥,垂足为F ,点G E ,分别是棱SC SA ,的中点.求证:(1)平面//EFG 平面ABC ; (2)SA BC ⊥.【答案】证明:(1)∵AB AS =,SB AF ⊥∴F 分别是SB 的中点 ∵E.F 分别是SA.SB 的中点 ∴EF ∥AB又∵EF ⊄平面ABC, AB ⊆平面ABC ∴EF ∥平面ABC 同理:FG ∥平面ABC又∵EF FG=F, EF.FG ⊆平面ABC ∴平面//EFG 平面ABC (2)∵平面⊥SAB 平面SBC 平面SAB 平面SBC =BC AF ⊆平面SAB AF ⊥SB∴AF ⊥平面SBC 又∵BC ⊆平面SBC ∴AF ⊥BC又∵BC AB ⊥, AB AF=A, AB.AF ⊆平面SAB ∴BC ⊥平面SAB 又∵SA ⊆平面SAB ∴BC ⊥SA16.(20XX 年高考上海卷(理))如图,在长方体ABCD-A 1B 1C 1D 1中,AB=2,AD=1,A 1A=1,证明直线BC 1平行于平面DA 1C,并求直线BC 1到平面D 1AC 的距离.C 11A【答案】因为ABCD-A 1B 1C 1D 1为长方体,故1111//,AB C D AB C D =,故ABC 1D 1为平行四边形,故11//BC AD ,显然B 不在平面D 1AC 上,于是直线BC 1平行于平面DA 1C; 直线BC 1到平面D 1AC 的距离即为点B 到平面D 1AC 的距离设为h考虑三棱锥ABCD 1的体积,以ABC 为底面,可得111(12)1323V =⨯⨯⨯⨯=而1AD C ∆中,11AC DC AD ==故132AD C S ∆= AB CSGFE所以,13123233V h h =⨯⨯=⇒=,即直线BC 1到平面D 1AC 的距离为23.17.(20XX 年普通高等学校招生统一考试广东省数学(理)卷(纯WORD 版))如图1,在等腰直角三角形ABC中,90A ∠=︒,6BC =,,D E 分别是,AC AB 上的点,CD BE =O 为BC 的中点.将ADE ∆沿DE 折起,得到如图2所示的四棱锥A BCDE '-,其中A O '(Ⅰ) 证明:A O '⊥平面BCDE ; (Ⅱ) 求二面角A CD B '--的平面角的余弦值.【答案】(Ⅰ) 在图1中,易得3,OC AC AD ===连结,OD OE,在OCD ∆中,由余弦定理可得OD=由翻折不变性可知A D '=,所以222A O OD A D ''+=,所以A O OD '⊥,理可证A O OE '⊥, 又OD OE O =,所以A O '⊥平面BCDE . (Ⅱ) 传统法:过O 作OH CD ⊥交CD 的延长线于H ,连结A H ', 因为A O '⊥平面BCDE ,所以A H CD '⊥, 所以A HO '∠为二面角A CD B '--的平面角. 结合图1可知,H 为AC 中点,故2OH =,从而2A H '== 所以cos OH A HO A H '∠=='所以二面角ACD B '--向量法:以O 点为原点,建立空间直角坐标系O -.CO BDEA CDOBE'A图1图2C DO BE'AH则(A ',()0,3,0C -,()1,2,0D -所以(CA '=,(1,DA '=- 设(),,n x y z =为平面A CD '的法向量,则00n CA n DA ⎧'⋅=⎪⎨'⋅=⎪⎩,即3020y x y ⎧+=⎪⎨-++=⎪⎩,解得y x z =-⎧⎪⎨=⎪⎩,令1x =,得(1,1,n =- 由(Ⅰ)知,(OA '=为平面CDB 的一个法向量,所以3cos ,3n OA n OA n OA'⋅'===',即二面角A CD B '--的平面角的余弦值为5.18.(20XX年普通高等学校招生统一考试天津数学(理)试题(含答案))如图, 四棱柱ABCD-A1B1C1D1中, 侧棱A1A⊥底面ABCD, AB//DC, AB⊥AD, AD = CD = 1, AA1 = AB = 2, E为棱AA1的中点.(Ⅰ) 证明B1C1⊥CE;(Ⅱ) 求二面角B1-CE-C1的正弦值.(Ⅲ) 设点M在线段C1E上, 且直线AM与平面ADD1A1所成角的正弦值为2, 求线段AM的长.6【答案】19.(20XX年高考陕西卷(理))如图, 四棱柱ABCD-A1B1C1D1的底面ABCD是正方形, O为底面中心, A1O⊥平面ABCD,12AB AA==(Ⅰ) 证明: A1C⊥平面BB1D1D;(Ⅱ) 求平面OCB1与平面BB1D1D的夹角θ的大小.1A【答案】解:(Ⅰ) BDOAABCDBDABCDOA⊥∴⊂⊥11,,面且面;又因为,在正方形AB CD 中,BDCAACACAACABDAACOABDAC⊥⊂⊥=⋂⊥11111,,故面且面所以;且.在正方形AB CD中,AO = 1 . .111=∆OAOAART中,在OECAOCEAEDB1111111⊥为正方形,所以,则四边形的中点为设.,所以由以上三点得且,面面又OOBDDDBBODDBBBD=⋂⊂⊂111111E.E,DDBBCA111面⊥.(证毕)(Ⅱ) 建立直角坐标系统,使用向量解题.以O为原点,以OC为X轴正方向,以OB为Y轴正方向.则)1,0,1()1,1,1(),10(),1(,0,1,0111-=⇒CABACB,,,,)(.由(Ⅰ)知, 平面BB1D1D的一个法向量.0,0,1),1,1,1(),1,0,1(111)(==-==OCOBCAn设平面OCB1的法向量为,则0,0,2122=⋅=⋅OCnOBnn).1-,1,0(法向量2=n为解得其中一个21221||||||,cos|cos212111=⋅=⋅=><=nnnnnnθ.所以,平面OCB1与平面BB1D1D的夹角θ为3π1A。
(完整版)高中立体几何知识点总结
高中立体几何知识点总结一 、空间几何体 (一) 空间几何体的类型1 多面体:由若干个平面多边形围成的几何体。
围成多面体的各个多边形叫做多面体的面,相邻两个面的公共边叫做多面体的棱,棱与棱的公共点叫做多面体的顶点。
2 旋转体:把一个平面图形绕它所在的平面内的一条定直线旋转形成了封闭几何体。
其中,这条直线称为旋转体的轴。
(二) 几种空间几何体的结构特征 1 、棱柱的结构特征1.1 棱柱的定义:有两个面互相平行,其余各面都是四边形,并且每相邻两个四边形的公共边都互相平行,由这些面所围成的几何体叫做棱柱。
1.2 棱柱的分类棱柱四棱柱平行六面体直平行六面体长方体正四棱柱正方体 性质:Ⅰ、侧面都是平行四边形,且各侧棱互相平行且相等; Ⅱ、两底面是全等多边形且互相平行; Ⅲ、平行于底面的截面和底面全等;1.3 棱柱的面积和体积公式ch S 直棱柱侧(c 是底周长,h 是高)S 直棱柱表面 = c ·h+ 2S 底 V 棱柱 = S 底 ·h2 、棱锥的结构特征2.1 棱锥的定义(1) 棱锥:有一个面是多边形,其余各面是有一个公共顶点的三角形,由这些面所围成的几何体叫做棱锥。
(2)正棱锥:如果有一个棱锥的底面是正多边形,并且顶点在底面的投影是底棱长都相等底面是正方形底面是矩形侧棱垂直于底面底面是平行四边形底面是四边形图1-1 棱柱面的中心,这样的棱锥叫做正棱锥。
2.2 正棱锥的结构特征Ⅰ、 平行于底面的截面是与底面相似的正多边形,相似比等于顶点到截面的距离与顶点到底面的距离之比;它们面积的比等于截得的棱锥的高与原棱锥的高的平方比;截得的棱锥的体积与原棱锥的体积的比等于截得的棱锥的高与原棱锥的高的立方比;Ⅱ、 正棱锥的各侧棱相等,各侧面是全等的等腰三角形;正棱锥侧面积:1'2S ch =正棱椎(c 为底周长,'h 为斜高) 体积:13V Sh =棱椎(S 为底面积,h 为高)正四面体:对于棱长为a 正四面体的问题可将它补成一个边长为a 22的正方体问题。
立体几何知识点和例题(含有答案)
【考点梳理】一、考试内容1.平面。
平面的基本性质。
平面图形直观图的画法。
2.两条直线的位置关系。
平行于同一条直线的两条直线互相平行。
对应边分别平行的角。
异面直线所成的角。
两条异面直线互相垂直的概念。
异面直线的公垂线及距离。
3.直线和平面的位置关系。
直线和平面平行的判定与性质。
直线和平面垂直的判定与性质。
点到平面的距离。
斜线在平面上的射影。
直线和平面所成的角。
三垂线定理及其逆定理。
4.两个平面的位置关系。
平面平行的判定与性质。
平行平面间的距离。
二面角及其平面角。
两个平面垂直的判定与性质。
二、考试要求1.掌握平面的基本性质,空间两条直线、直线与平面、平面与平面的位置关系(特别是平行和垂直关系)以及它们所成的角与距离的概念。
对于异面直线的距离,只要求会计算已给出公垂线时的距离。
2.能运用上述概念以及有关两条直线、直线和平面、两个平面的平行和垂直关系的性质与判定,进行论证和解决有关问题。
对于异面直线上两点的距离公式不要求记忆。
3.会用斜二测画法画水平放置的平面图形(特别是正三角形、正四边形、正五边形、正六边形)的直观图。
能够画出空间两条直线、两个平面、直线和平面的各种位置关系的图形,能够根据图形想象它们的位置关系。
4.理解用反证法证明命题的思路,会用反证法证明一些简单的问题。
三、考点简析1.空间元素的位置关系2.平行、垂直位置关系的转化3.空间元素间的数量关系(1)角①相交直线所成的角;②异面直线所成的角——转化为相交直线所成的角;③直线与平面所成的角——斜线与斜线在平面内射影所成的角;④二面角——用二面角的平面角来度量。
(2)距离①两点之间的距离——连接两点的线段长;②点线距离——点到垂足的距离;③点面距离——点到垂足的距离;④平行线间的距离——平行线上一点到另一直线的距离;⑤异面直线间的距离——公垂线在两条异面直线间的线段长;⑥线面距离——平行线上一点到平面的距离;⑦面面距离——平面上一点到另一平面的距离;⑧球面上两点距离——球面上经过两点的大圆中的劣弧的长度。
高考数学复习第五讲:立体几何(基础知识+重点题目+参考答案)
第5讲 立体几何【问题导学】12.3(1)定义:如果直线l 与平面α内的任意一条直线都垂直,则直线l 与平面α互相垂直,记作l ⇒α,直线l 叫做平面α的垂线,平面α叫做直线l 的垂面. (2)4(1)定义:平面的一条斜线和它在平面上的射影所成的锐角,叫做这条直线和这个平面所成的角.若一条直线垂直于平面,它们所成的角是直角,若一条直线和平面平行,或在平面内,它们所成的角是0°的角.(2)范围:⎣⎡⎦⎤0,π2. 5.平面与平面垂直 (1)二面角的有关概念⇒二面角:从一条直线出发的两个半平面所组成的图形叫做二面角;⇒二面角的平面角:在二面角的棱上任取一点,以该点为垂足,在两个半平面内分别作垂直于棱的两条射线,这两条射线所构成的角叫做二面角的平面角.(2)平面和平面垂直的定义:两个平面相交,如果它们所成的二面角是直二面角,就说这两个平面互相垂直. (3)6.设直线l 的方向向量为a ,平面α的法向量为n ,直线l 与平面α所成的角为θ,a 与n 的夹角为β,则sin θ=|cosβ|=|a ·n ||a ||n |.7.求二面角的大小(1)如图⇒,AB ,CD 分别是二面角α-l -β的两个面内与棱l 垂直的直线,则二面角的大小θ=〈AB →,CD →〉.(2)如图⇒⇒,n 1,n 2分别是二面角α-l -β的两个半平面α,β的法向量,则二面角的大小θ满足|cos θ|=|cos 〈n 1,n 2〉|,二面角的平面角大小是向量n 1与n 2的夹角(或其补角).题型一 利用空间向量证明平行问题 【典型例题1】1. 如图所示,平面PAD ⊥平面ABCD ,ABCD 为正方形,△PAD 是直角三角形,且PA =AD =2,E ,F ,G 分别是线段PA ,PD ,CD 的中点.求证:PB ∥平面EFG .证明 ∵平面PAD ⊥平面ABCD ,ABCD 为正方形,△PAD 是直角三角形,且PA =AD ,∴AB ,AP ,AD 两两垂直,以A 为坐标原点,AB ,AD ,AP 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Axyz ,则A (0,0,0),B (2,0,0),C (2,2,0), D (0,2,0),P (0,0,2),E (0,0,1), F (0,1,1),G (1,2,0). ∴PB →=(2,0,-2),FE →=(0,-1,0),FG →=(1,1,-1), 设PB →=sFE →+tFG →,即(2,0,-2)=s (0,-1,0)+t (1,1,-1),∴⎩⎪⎨⎪⎧t =2,t -s =0,-t =-2,解得s =t =2,∴PB →=2FE →+2FG →,又∵FE →与FG →不共线,∴PB →,FE →与FG →共面. ∵PB ⊄平面EFG ,∴PB ∥平面EFG . 【对点演练1】1. 如图,在三棱锥PABC 中,PA ⊥底面ABC ,∠BAC =90°.点D ,E ,N 分别为棱PA ,PC ,BC 的中点,M 是线段AD 的中点,PA =AC =4,AB =2. 求证:MN ∥平面BDE .证明 如图,以A 为原点,分别以AB →,AC →,AP →的方向为x 轴、y 轴、z 轴的正方向建立空间直角坐标系.由题意,可得A (0,0,0),B (2,0,0),C (0,4,0),P (0,0,4),D (0,0,2),E (0,2,2),M (0,0,1),N (1,2,0). DE →=(0,2,0),DB →=(2,0,-2).设n =(x ,y ,z )为平面BDE 的一个法向量, 则⎩⎪⎨⎪⎧n ·DE →=0,n ·DB →=0,即⎩⎪⎨⎪⎧2y =0,2x -2z =0.不妨设z =1,可得n =(1,0,1).又MN →=(1,2,-1),可得MN →·n =0.因为MN ⊄平面BDE ,所以MN ∥平面BDE . 考点二 利用空间向量证明垂直问题 【典型例题2】如图,在四棱锥P -ABCD 中,底面ABCD 是边长为a 的正方形,侧面P AD ⇒底面ABCD ,且P A =PD =22AD ,设E ,F 分别为PC ,BD 的中点. (1)求证:EF ⇒平面P AD ;(2)求证:平面P AB ⇒平面PDC .证明 (1)如图,取AD 的中点O ,连接OP ,OF . 因为P A =PD ,所以PO ⇒AD .因为侧面P AD ⇒底面ABCD ,平面P AD ∩平面ABCD =AD , PO ⇒平面P AD ,所以PO ⇒平面ABCD .又O ,F 分别为AD ,BD 的中点,所以OF ⇒AB . 又ABCD 是正方形,所以OF ⇒AD .因为P A =PD =22AD ,所以P A ⇒PD ,OP =OA =a2.以O 为原点,OA ,OF ,OP 所在直线分别为x 轴,y 轴,z 轴建立空间直角坐标系,则A ⎝⎛⎭⎫a 2,0,0,F ⎝⎛⎭⎫0,a 2,0,D ⎝⎛⎭⎫-a2,0,0, P ⎝⎛⎭⎫0,0,a 2,B ⎝⎛⎭⎫a 2,a ,0,C ⎝⎛⎭⎫-a2,a ,0. 因为E 为PC 的中点,所以E ⎝⎛⎭⎫-a 4,a 2,a 4. 易知平面P AD 的一个法向量为OF →=⎝⎛⎭⎫0,a 2,0, 因为EF →=⎝⎛⎭⎫a 4,0,-a 4, 且OF →·EF →=⎝⎛⎭⎫0,a 2,0·⎝⎛⎭⎫a 4,0,-a 4=0, 又因为EF ⇒平面P AD ,所以EF ⇒平面P AD .(2)因为P A →=⎝⎛⎭⎫a 2,0,-a 2,CD →=(0,-a,0), 所以P A →·CD →=⎝⎛⎭⎫a 2,0,-a 2·(0,-a,0)=0, 所以P A →⇒CD →,所以P A ⇒CD .又P A ⇒PD ,PD ∩CD =D ,PD ,CD ⇒平面PDC , 所以P A ⇒平面PDC .又P A ⇒平面P AB ,所以平面P AB ⇒平面PDC . 思维升华 证明垂直问题的方法(1)利用已知的线面垂直关系构建空间直角坐标系,准确写出相关点的坐标,从而将几何证明转化为向量运算.其中灵活建系是解题的关键.(2)其一证明直线与直线垂直,只需要证明两条直线的方向向量垂直;其二证明线面垂直,只需证明直线的方向向量与平面内不共线的两个向量垂直即可,当然 ,也可证直线的方向向量与平面的法向量平行;其三证明面面垂直:⇒证明两平面的法向量互相垂直;⇒利用面面垂直的判定定理,只要能证明一个平面内的一条直线的方向向量为另一个平面的法向量即可. 【对点演练2】 如图所示,已知四棱锥P —ABCD 的底面是直角梯形,⇒ABC =⇒BCD =90°,AB =BC =PB =PC =2CD ,侧面PBC ⇒底面ABCD .证明: (1)P A ⇒BD ;(2)平面P AD ⇒平面P AB .证明 (1)取BC 的中点O ,连接PO ,⇒平面PBC ⇒底面ABCD ,⇒PBC 为等边三角形, 平面PBC ∩底面ABCD =BC ,PO ⇒平面PBC , ⇒PO ⇒底面ABCD .以BC 的中点O 为坐标原点,以BC 所在直线为x 轴,过点O 与AB 平行的直线为y 轴,OP 所在直线为z 轴,建立空间直角坐标系,如图所示.不妨设CD =1,则AB =BC =2,PO =3,⇒A (1,-2,0),B (1,0,0),D (-1,-1,0),P (0,0,3), ⇒BD →=(-2,-1,0),P A →=(1,-2,-3). ⇒BD →·P A →=(-2)×1+(-1)×(-2)+0×(-3)=0,⇒P A →⇒BD →,⇒P A ⇒BD .(2)取P A 的中点M ,连接DM ,则M ⎝⎛⎭⎫12,-1,32.⇒DM →=⎝⎛⎭⎫32,0,32,PB →=(1,0,-3),⇒DM →·PB →=32×1+0×0+32×(-3)=0,⇒DM →⇒PB →,即DM ⇒PB .⇒DM →·P A →=32×1+0×(-2)+32×(-3)=0,⇒DM →⇒P A →,即DM ⇒P A .又⇒P A ∩PB =P ,P A ,PB ⇒平面P AB , ⇒DM ⇒平面P AB . ⇒DM ⇒平面P AD , ⇒平面P AD ⇒平面P AB .考点三 利用空间向量解决探索性问题 【典型例题3】1. (2019·林州模拟)如图,在四棱锥P —ABCD 中,PD ⊥底面ABCD ,底面ABCD 为正方形,PD =DC ,E ,F 分别是AB ,PB 的中点.(1)求证:EF ⊥CD ;(2)在平面PAD 内求一点G ,使GF ⊥平面PCB ,并证明你的结论.(1)证明 如图,以D 为原点,分别以DA ,DC ,DP 所在直线为x 轴、y 轴、z 轴建立空间直角坐标系,设AD =a ,则D (0,0,0),A (a ,0,0),B (a ,a ,0),C (0,a ,0),E ⎝ ⎛⎭⎪⎫a ,a2,0,P (0,0,a ),F ⎝ ⎛⎭⎪⎫a 2,a 2,a2. EF →=⎝ ⎛⎭⎪⎫-a2,0,a 2,DC →=(0,a ,0).∵EF →·DC →=0,∴EF →⊥DC →,即EF ⊥CD .(2)解 设G (x ,0,z ),则FG →=⎝ ⎛⎭⎪⎫x -a2,-a 2,z -a 2,若使GF ⊥平面PCB ,则需FG →·CB →=0,且FG →·CP →=0,由FG →·CB →=⎝ ⎛⎭⎪⎫x -a2,-a 2,z -a 2·(a,0,0)=a ⎝ ⎛⎭⎪⎫x -a 2=0,得x =a2; 由FG →·CP →=⎝ ⎛⎭⎪⎫x -a2,-a 2,z -a 2·(0,-a ,a )=a 22+a ⎝ ⎛⎭⎪⎫z -a 2=0,得z =0.∴G 点坐标为⎝ ⎛⎭⎪⎫a2,0,0,即G 为AD 的中点.【对点演练3】1. 如图所示,四棱锥P —ABCD 的底面是边长为1的正方形,PA ⊥CD ,PA =1,PD =2,E 为PD 上一点,PE =2ED .(1)求证:PA ⊥平面ABCD ;(2)在侧棱PC 上是否存在一点F ,使得BF ∥平面AEC ?若存在,指出F 点的位置,并证明;若不存在,请说明理由.(1)证明 ∵PA =AD =1,PD =2,∴PA 2+AD 2=PD 2,即PA ⊥AD .又PA ⊥CD ,AD ∩CD =D ,AD ,CD ⊂平面ABCD , ∴PA ⊥平面ABCD .(2)解 以A 为原点,AB ,AD ,AP 所在直线分别为x 轴、y 轴、z 轴建立空间直角坐标系,如图所示,则A (0,0,0),B (1,0,0),C (1,1,0),P (0,0,1),E ⎝ ⎛⎭⎪⎫0,23,13,AC →=(1,1,0),AE →=⎝ ⎛⎭⎪⎫0,23,13.设平面AEC 的法向量为n =(x ,y ,z ), 则⎩⎪⎨⎪⎧n ·AC →=0,n ·AE →=0,即⎩⎪⎨⎪⎧x +y =0,2y +z =0,令y =1,则n =(-1,1,-2).假设侧棱PC 上存在一点F ,且CF →=λCP →(0≤λ≤1),使得BF ∥平面AEC ,则BF →·n =0.又∵BF →=BC →+CF →=(0,1,0)+(-λ,-λ,λ) =(-λ,1-λ,λ),∴BF →·n =λ+1-λ-2λ=0,∴λ=12,∴存在点F ,使得BF ∥平面AEC ,且F 为PC 的中点. 考点四 求异面直线所成的角 【典型例题4】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 .(1)证明:平面AEC ⊥平面AFC ;(2)求直线AE 与直线CF 所成角的余弦值.(1)证明 如图所示,连接BD ,设BD ∩AC =G ,连接EG ,FG ,EF . 在菱形ABCD 中,不妨设GB =1. 由∠ABC =120°, 可得AG =GC = 3.由BE ⊥平面ABCD ,AB =BC =2,可知AE =EC . 又AE ⊥EC ,所以EG =3,且EG ⊥AC .在Rt△EBG 中,可得BE =2,故DF =22. 在Rt△FDG 中,可得FG =62. 在直角梯形BDFE 中,由BD =2,BE =2,DF =22,可得EF =322,从而EG 2+FG 2=EF 2,所以EG ⊥FG . 又AC ∩FG =G ,AC ,FG ⊂平面AFC , 所以EG ⊥平面AFC .因为EG ⊂平面AEC ,所以平面AEC ⊥平面AFC .(2)解 如图,以G 为坐标原点,分别以GB ,GC 所在直线为x 轴、y 轴,|GB →|为单位长度,建立空间直角坐标系Gxyz ,由(1)可得A (0,-3,0),E (1,0,2),F ⎝⎛⎭⎪⎫-1,0,22,C (0,3,0),所以AE →=(1,3,2),CF →=⎝⎛⎭⎪⎫-1,-3,22.故cos 〈AE →,CF →〉=AE →·CF →|AE →||CF →|=-33.所以直线AE 与直线CF 所成角的余弦值为33. 思维升华 用向量法求异面直线所成角的一般步骤 (1)选择三条两两垂直的直线建立空间直角坐标系;(2)确定异面直线上两个点的坐标,从而确定异面直线的方向向量; (3)利用向量的夹角公式求出向量夹角的余弦值;(4)两异面直线所成角的余弦值等于两向量夹角余弦值的绝对值. 【对点演练4】1. 三棱柱ABC -A 1B 1C 1中,△ABC 为等边三角形,AA 1⊥平面ABC ,AA 1=AB ,N ,M 分别是A 1B 1,A 1C 1的中点,则AM 与BN 所成角的余弦值为( ) A.110 B.35 C.710 D.45 答案 C解析 如图所示,取AC 的中点D ,以D 为原点,BD ,DC ,DM 所在直线分别为x 轴、y 轴、z 轴,建立空间直角坐标系,不妨设AC =2,则A (0,-1,0),M (0,0,2),B (-3,0,0),N ⎝ ⎛⎭⎪⎫-32,-12,2,所以AM →=(0,1,2),BN →=⎝ ⎛⎭⎪⎫32,-12,2,所以cos 〈AM →,BN →〉=AM →·BN →|AM →|·|BN →|=725×5=710,故选C.考点五 求直线与平面所成的角 【典型例题5】1.(2018·全国Ⅰ)如图,四边形ABCD 为正方形,E ,F 分别为AD ,BC 的中点,以DF 为折痕把△DFC 折起,使点C 到达点P 的位置,且PF ⊥BF . (1)证明:平面PEF ⊥平面ABFD ;(2)求DP 与平面ABFD 所成角的正弦值. (1)证明 由已知可得BF ⊥PF ,BF ⊥EF , PF ∩EF =F ,PF ,EF ⊂平面PEF , 所以BF ⊥平面PEF .又BF ⊂平面ABFD ,所以平面PEF ⊥平面ABFD . (2)解 如图,作PH ⊥EF ,垂足为H . 由(1)得,PH ⊥平面ABFD .以H 为坐标原点,HF →的方向为y 轴正方向,|BF →|为单位长,建立如图所示的空间直角坐标系Hxyz . 由(1)可得,DE ⊥PE . 又DP =2,DE =1, 所以PE = 3.又PF =1,EF =2,所以PE ⊥PF .所以PH =32,EH =32.则H (0,0,0),P ⎝ ⎛⎭⎪⎫0,0,32,D ⎝ ⎛⎭⎪⎫-1,-32,0,DP →=⎝⎛⎭⎪⎫1,32,32,HP →=⎝⎛⎭⎪⎫0,0,32. 又HP →为平面ABFD 的法向量,设DP 与平面ABFD 所成的角为θ,则sin θ=|cos 〈HP →,DP →〉|=|HP →·DP →||HP →||DP →|=343=34.所以DP 与平面ABFD 所成角的正弦值为34. 思维升华 若直线l 与平面α的夹角为θ,直线l 的方向向量l 与平面α的法向量n 的夹角为β,则θ=π2-β或θ=β-π2,故有sin θ=|cos β|=|l ·n ||l ||n |.【对点演练5】1.(2018·全国Ⅱ)如图,在三棱锥P -ABC 中,AB =BC =22,PA =PB =PC =AC =4,O 为AC 的中点.(1)证明:PO ⊥平面ABC ;(2)若点M 在棱BC 上,且二面角M -PA -C 为30°,求PC 与平面PAM 所成角的正弦值. (1)证明 因为PA =PC =AC =4, O 为AC 的中点,所以OP ⊥AC ,且OP =2 3. 如图,连接OB .因为AB =BC =22AC ,所以△ABC 为等腰直角三角形,所以OB ⊥AC ,OB =12AC =2.由OP 2+OB 2=PB 2知PO ⊥OB .因为OP ⊥OB ,OP ⊥AC ,OB ∩AC =O ,OB ,AC ⊂平面ABC , 所以PO ⊥平面ABC .(2)解 由(1)知OP ,OB ,OC 两两垂直,则以O 为坐标原点,分别以OB ,OC ,OP 所在直线为x 轴、y 轴、z 轴,建立空间直角坐标系Oxyz ,如图所示. 由已知得O (0,0,0),B (2,0,0), A (0,-2,0),C (0,2,0),P (0,0,23),AP →=(0,2,23).由(1)知平面PAC 的一个法向量为OB →=(2,0,0).设M (a ,2-a ,0)(0≤a ≤2),则AM →=(a ,4-a ,0). 设平面PAM 的法向量为n =(x ,y ,z ). 由AP →·n =0,AM →·n =0,得⎩⎨⎧2y +23z =0,ax +4-a y =0,可取y =3a ,得平面PAM 的一个法向量为n =(3(a -4),3a ,-a ),所以cos 〈OB →,n 〉=OB →·n |OB →||n |=23a -423a -42+3a 2+a 2. 由已知可得|cos 〈OB →,n 〉|=cos 30°=32,所以23|a -4|23a -42+3a 2+a2=32, 解得a =-4(舍去)或a =43.所以n =⎝ ⎛⎭⎪⎫-833,433,-43.又PC →=(0,2,-23),所以cos 〈PC →,n 〉=34.所以PC 与平面PAM 所成角的正弦值为34.考点六 求二面角【典型例题6】1. (2018·达州模拟)如图,在梯形ABCD 中,AB ∥CD ,AD =DC =CB =2,∠ABC =60°,平面ACEF ⊥平面ABCD ,四边形ACEF 是菱形,∠CAF =60°.(1)求证:BF ⊥AE ;(2)求二面角B -EF -D 的平面角的正切值.(1)证明 依题意,在等腰梯形ABCD 中,AC =23,AB =4,∵BC =2,∴AC 2+BC 2=AB 2,即BC ⊥AC ,又∵平面ACEF ⊥平面ABCD ,平面ACEF ∩平面ABCD =AC ,BC ⊂平面ABCD ,∴BC ⊥平面ACEF ,而AE ⊂平面ACEF ,∴AE ⊥BC ,连接CF ,∵四边形ACEF 为菱形,∴AE ⊥FC ,又∵BC ∩CF =C ,BC ,CF ⊂平面BCF ,∴AE ⊥平面BCF ,∵BF ⊂平面BCF ,∴BF ⊥AE .(2)解 取EF 的中点M ,连接MC ,∵四边形ACEF 是菱形,且∠CAF =60°,∴由平面几何易知MC ⊥AC ,又∵平面ACEF ⊥平面ABCD ,平面ACEF ∩平面ABCD =AC ,CM ⊂平面ACEF ,∴MC ⊥平面ABCD .以CA ,CB ,CM 所在直线分别为x ,y ,z 轴建立空间直角坐标系,各点的坐标依次为C (0,0,0),A (23,0,0),B (0,2,0),D (3,-1,0),E (-3,0,3),F (3,0,3),设平面BEF 和平面DEF 的一个法向量分别为n 1=(a 1,b 1,c 1),n 2=(a 2,b 2,c 2),∵BF →=(3,-2,3),EF →=(23,0,0),∴⎩⎪⎨⎪⎧ BF →·n 1=0,EF →·n 1=0,即⎩⎨⎧ 3a 1-2b 1+3c 1=0,23a 1=0, 即⎩⎪⎨⎪⎧a 1=0,2b 1=3c 1, 不妨令b 1=3,则n 1=(0,3,2),同理可求得n 2=(0,3,-1),设二面角B -EF -D 的大小为θ,由图易知θ为锐角,∴cos θ=|cos 〈n 1,n 2〉|=|n 1·n 2||n 1|·|n 2|=7130, 故二面角B -EF -D 的平面角的正切值为97. 思维升华 利用向量法求二面角的大小的关键是确定平面的法向量,求法向量的方法主要有两种:①求平面的垂线的方向向量;②利用法向量与平面内两个不共线向量的数量积为零,列方程组求解.【对点演练6】1.(2018·全国Ⅲ)如图,边长为2的正方形ABCD 所在的平面与半圆弧»CD所在平面垂直,M 是»CD 上异于C ,D 的点.(1)证明:平面AMD ⊥平面BMC ;(2)当三棱锥M -ABC 体积最大时,求平面MAB 与平面MCD 所成二面角的正弦值.(1)证明 由题设知,平面CMD ⊥平面ABCD ,交线为CD .因为BC ⊥CD ,BC ⊂平面ABCD ,所以BC ⊥平面CMD ,又DM ⊂平面CMD ,故BC ⊥DM .因为M 为»CD上异于C ,D 的点,且DC 为直径, 所以DM ⊥CM .又BC ∩CM =C ,BC ,CM ⊂平面BMC ,所以DM ⊥平面BMC .又DM ⊂平面AMD ,故平面AMD ⊥平面BMC .(2)解 以D 为坐标原点,DA →的方向为x 轴正方向,建立如图所示的空间直角坐标系Dxyz .当三棱锥M -ABC 体积最大时,M 为»CD的中点.由题设得 D (0,0,0),A (2,0,0),B (2,2,0),C (0,2,0),M (0,1,1),AM →=(-2,1,1),AB →=(0,2,0),DA →=(2,0,0),设n =(x ,y ,z )是平面MAB 的法向量,则⎩⎪⎨⎪⎧ n ·AM →=0,n ·AB →=0,即⎩⎪⎨⎪⎧ -2x +y +z =0,2y =0.可取n =(1,0,2),DA →是平面MCD 的一个法向量,因此cos 〈n ,DA →〉=n ·DA →|n ||DA →|=55, sin 〈n ,DA →〉=255. 所以平面MAB 与平面MCD 所成二面角的正弦值是255. 2. 如图,四棱锥S -ABCD 中,△ABD 为正三角形,∠BCD =120°,CB =CD =CS =2,∠BSD =90°.(1)求证:AC ⊥平面SBD ;(2)若SC ⊥BD ,求二面角A -SB -C 的余弦值.(1)证明 设AC ∩BD =O ,连接SO ,如图①,因为AB =AD ,CB =CD ,所以AC 是BD 的垂直平分线,即O 为BD 的中点,且AC ⊥BD .[1分]在△BCD 中,因为CB =CD =2,∠BCD =120°,所以BD =23,CO =1.在Rt△SBD 中,因为∠BSD =90°,O 为BD 的中点,所以SO =12BD = 3. 在△SOC 中,因为CO =1,SO =3,CS =2,所以SO 2+CO 2=CS 2,所以SO ⊥AC .[4分]因为BD ∩SO =O ,BD ,SO ⊂平面SBD ,所以AC ⊥平面SBD .[5分](2)解 方法一 过点O 作OK ⊥SB 于点K ,连接AK ,CK ,如图②,由(1)知AC ⊥平面SBD ,所以AO ⊥SB .因为OK ∩AO =O ,OK ,AO ⊂平面AOK ,所以SB ⊥平面AOK .[6分]因为AK ⊂平面AOK ,所以AK ⊥SB .同理可证CK ⊥SB .[7分]所以∠AKC 是二面角A -SB -C 的平面角.因为SC ⊥BD ,由(1)知AC ⊥BD ,且AC ∩SC =C ,AC ,SC ⊂平面SAC ,所以BD ⊥平面SAC .而SO ⊂平面SAC ,所以SO ⊥BD . 在Rt△SOB 中,OK =SO ·OB SB =62. 在Rt△AOK 中,AK =AO 2+OK 2=422, 同理可求CK =102.[10分] 在△AKC 中,cos∠AKC =AK 2+CK 2-AC 22AK ·CK =-10535. 所以二面角A -SB -C 的余弦值为-10535.[12分] 方法二 因为SC ⊥BD ,由(1)知,AC ⊥BD ,且AC ∩SC =C ,AC ,SC ⊂平面SAC ,所以BD ⊥平面SAC .而SO ⊂平面SAC ,所以SO ⊥BD .[6分]由(1)知,AC ⊥平面SBD ,SO ⊂平面SBD ,所以SO ⊥AC .因为AC ∩BD =O ,AC ,BD ⊂平面ABCD ,所以SO ⊥平面ABCD .[7分]以O 为原点,OA →,OB →,OS →的方向分别为x 轴、y 轴、z 轴的正方向建立空间直角坐标系,如图③,则A (3,0,0),B (0,3,0),C (-1,0,0),S (0,0,3).所以AB →=(-3,3,0),CB →=(1,3,0),SB →=(0,3,-3).[8分]设平面SAB 的法向量n =(x 1,y 1,z 1), 则⎩⎪⎨⎪⎧ AB →·n =-3x 1+3y 1=0,SB →·n =3y 1-3z 1=0,令y 1=3,得平面SAB 的一个法向量为n =(1,3,3).同理可得平面SCB 的一个法向量为m =(-3,1,1).[10分]所以cos 〈n ,m 〉=n ·m |n ||m |=-3+3+37×5=10535. 因为二面角A -SB -C 是钝角,所以二面角A -SB -C 的余弦值为-10535.[12分] 3.(2019·全国Ⅰ)如图,直四棱柱1111D C B A ABCD -的底面是菱形,,︒=∠==60,2,41BAD AB AA N M E 、、分别是D A BB BC 11、、的中点。
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S 'S S 'S 圆柱表 圆锥表 立体几何知识点1、柱、锥、台、球的结构特征 (1)棱柱:几何特征:两底面是对应边平行的全等多边形;侧面、对角面都是平行四边形;侧棱平行且相等;平行于底面的截面是与底面全等的多边形。
(2)棱锥几何特征:侧面、对角面都是三角形;平行于底面的截面与底面相似,其相似比等于顶点到截面距离与高的比的平方。
(3)棱台:几何特征:①上下底面是相似的平行多边形 ②侧面是梯形 ③侧棱交于原棱锥的顶点 (4)圆柱:定义: 以矩形的一边所在的直线为轴旋转,其余三边旋转所成 几何特征:①底面是全等的圆;②母线与轴平行;③轴与底面圆的半径垂直;④侧面展开图是一个矩形。
(5)圆锥:定义:以直角三角形的一条直角边为旋转轴,旋转一周所成几何特征:①底面是一个圆;②母线交于圆锥的顶点;③侧面展开图是一个扇形。
(6)圆台:定义:以直角梯形的垂直与底边的腰为旋转轴,旋转一周所成几何特征:①上下底面是两个圆;②侧面母线交于原圆锥的顶点;③侧面展开图是一个弓形。
(7)球体:定义:以半圆的直径所在直线为旋转轴,半圆面旋转一周形成的几何体 几何特征:①球的截面是圆;②球面上任意一点到球心的距离等于半径。
4、柱体、锥体、台体的表面积与体积(1) 几何体的表面积为几何体各个面的面积的和。
(2) 特殊几何体表面积公式(c 为底面周长,h 为高, h ' 为斜高,l 为母线)S= ch S = 2r h S = 1 ch ' S =rl 直棱柱侧面积 S= 1 (c + c )h ' 圆柱侧S 正棱锥侧面积 2 = (r + R )l 圆锥侧面积 正棱台侧面积 2 1 2 圆台侧面积 S = 2r (r + l ) S = r (r + l ) S (3) 柱体、锥体、台体的体积公式 = (r 2 + rl + Rl + R 2 )V 柱 = Sh V 圆柱 = Sh =r 2h V = 1 Sh 锥 3V 圆锥 = 1r 2h 3 V = 1 (S ' + + S )h 台 3V 圆台 = 1 (S ' + + S )h = 1(r 2 + rR + R 2 )h 3 3 (4)球体的表面积和体积公式:V = 4R 3 ; S = 4R 2球 3 球面圆台表⎪ ⎭⎭ a ⊂⎬ ⎭ 1、平面及基本性质 公理 1 A ∈ l , B ∈ l , A ∈, B ∈⇒ l ⊂公理 2 若 P ∈, P ∈ ,则⋂ = a 且 P ∈公理 3 不共线三点确定一个平面(推论 1 直线和直线外一点,2 两相交直线,3 两平行直线)2、空间两直线的位置关系共面直线:相交、平行(公理 4) 异面直线3、异面直线 (1) 对定义的理解:不存在平面,使得 a ⊂ 且b ⊂(2) 判定:反证法(否定相交和平行即共面) 判定定理: P 15★(3)求异面直线所成的角:①平移法 即平移一条或两条直线作出夹角,再解三角形.②向量法 cos =| cos < a ,b >|= | a ⋅ b | | a || b |(注意异面直线所成角的范围(0,])2 (4) 证明异面直线垂直,①通常采用三垂线定理及逆定理或线面垂直关系来证明;②向量法 a ⊥ b ⇔ a ⋅ b = 0(5) 求异面直线间的距离:大纲仅要求掌握已给出公垂线或易找出公垂线的有关问题计算.9.2 直线与平面的位置关系1、直线与平面的位置关系a ⊂ , a //, a ⋂= A 2、直线与平面平行的判定 b ⊄ ⎫ (1) 判定定理: b // a ⎬ ⇒ b // (线线平行,则线面平行 P 17)a ⊂ ⎪ // ⎫(2) 面面平行的性质: a ⊂ ⎬⇒ a // (面面平行,则线面平行) 3、直线与平面平行的性质a //,a ⊂ ⎫⇒ a //b (线面平行,则线线平行 P ) ⋂= b ⎬ 18★4、直线与平面垂直的判定 (1) 直线与平面垂直的定义的逆用l ⊥ ,⎫ ⇒ l ⊥ a ⎭⎬ 51 ⎭ ⎭ ⎭⎭⎭ l ⊥ m , l ⊥ n ⎫⎪(2) 判定定理: m , n ⊂ m ⋂ n = A a // b ⎫⎬ ⇒ l ⊥ (线线垂直,则线面垂直 P 23 ) ⎪ ⎭(3) b ⊥ ⎭⎬ ⇒ a ⊥ ( P 25 练习 第 6 题)⊥ (4) 面面垂直的性质定理:⋂ = l ⎫ ⎪ ⇒ a ⊥(面面垂直,则线面垂直 P ) a ⊂, a ⊥ l ⎪ // ⎫(5) 面面平行是性质: l ⊥ ⎬ ⇒ l ⊥ 5、射影长定理 ★6、三垂线定理及逆定理 线垂影 ⇔ 线垂斜9.3 两个平面的位置关系1、空间两个平面的位置关系 相交和平行2、两个平面平行的判定 a //,b // ⎫ (1) 判定定理: a ,b ,a ⋂ b = P ⎬ ⇒// (线线平行,则面面平行 P 19 ) l ⊥ ⎫ (2) l ⊥ ⎬⇒ // 垂直于同一平面的两个平面平行 (3) //,//⇒ // 平行于同一平面的两个平面平行 ( P 21 练习 第 2 题)3、两个平面平行的性质(1)性质 1:// , a ⊂ ⇒ a //// ⎫ (2)面面平行的性质定理:⋂= a ,⋂= b ⎬ ⇒ a // b (面面平行,则线线平行 P 20 ) (3)性质 2:// , l ⊥ ⇒ l ⊥4、两个平面垂直的判定与性质 (1) 判定定理: a ⊥ ,a ⊂⇒⊥(线面垂直,则面面垂直 P 50 )⎬ 51 ⎭ ⊥ (2) 性质定理:面面垂直的性质定理:⋂ = l ⎫⎪ ⇒ a ⊥ (面面垂直,则线面垂直 P )a ⊂ , a ⊥ l⎪9.4 空间角1、异面直线所成角(9.1)2、斜线与平面所成的角 (0, 2 )(1) 求作法(即射影转化法):找出斜线在平面上的射影,关键是作垂线,找垂足.(2) 向量法:设平面的法向量为 n ,则直线 AB 与平面所成的角为,则sin =| cos < AB , n >|= (3) 两个重要结论| AB ⋅ n | ∈ (0,) 2最小角定理 P 48 : cos = cos 1 cos 2 , P 26 , 例 4 P 28 第 6 题9.5 空间距离1、求距离的一般方法和步骤(1) 找出或作出有关的距离;(2) 证明它符合定义;(3) 在平面图形内计算(通常是解三角形)2、求点到面的距离常用的两种方法(1) 等体积法——构造恰当的三棱锥;(2) 向量法——求平面的斜线段,在平面的法向量上的射影的长度: d = | AB ⋅ n | | n |3、直线到平面的距离,两个平行平面的距离通常都可以转化为点到面的距离求解4、异面直线的距离① 定义:和两异面直线都垂直相交且夹在异面直线间的部分(公垂线段)② 求法:法 1 找出两异面直线的公垂线段并计算,法 2 转化为点面距离| AB ⋅ n |向量法 d = | n | ( A , B 分别为两异面直线上任意一点, 为垂直于两异面直线的向量)注意理解应用: l 2 = m 2 + n 2 + d 2 ± 2mn c os 重点例题: P 51 和 P 55 例 2“”“”At the end, Xiao Bian gives you a passage. Minand once said, "people who learn to learn are very happy people.". In every wonderful life, learning is an eternal theme. As a professional clerical and teaching position, I understand the importance of continuous learning, "life is diligent, nothing can be gained", only continuous learning can achieve better self. Only by constantly learning and mastering the latest relevant knowledge, can employees from all walks of life keep up with the pace of enterprise development and innovate to meet the needs of the market. This document is also edited by my studio professionals, there may be errors in the document, if there are errors, please correct, thank you!。
