2023高考数学复习专项训练《面面垂直的判定》(含解析)
2023高考数学复习专项训练《面面垂直的性质》(含解析)

2023高考数学复习专项训练《面面垂直的性质》一 、单选题(本大题共12小题,共60分)1.(5分)已知集合A ={ 1,2},A ∪B ={ 1,2,3,4},则满足条件的集合B 有( )个.A. 1B. 2C. 3D. 42.(5分)已知a ∈R ,复数z =3+i1+ai (i 为虚部单位)为纯虚数,则z 的共轭复数的虚部为()A. 1B. −1C. iD. −i3.(5分)已知函数f(x)={lo g 2(4−x),x <41+2x−1,x ⩾4,则f(0)+f(log 232)=( )A. 19B. 17C. 15D. 134.(5分)扇形OAB 的半径为1,圆心角为90∘,P 是AB ⏜上的动点,OP →⋅(OA →−OB →)的最小值是( )A. 0B. −1C. −√2D. 125.(5分)设α,β是两个不同的平面,m 是直线且m ⊂α,“m//β“是“α//β”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6.(5分)已知函数f(x)=sin (ωx +ϕ)(ω>0,|ϕ|<π2的最小正周期为π,且f(x)是(π3,4π5)上的单调函数,则ϕ的取值范围是( )A. (-π2,-π6] B. (-π2,π6] C. [-π6,-π10]D. [-π6,π2)7.(5分)若实数x ,y 满足{x −y −1⩽0x +2⩾0x +2y −1⩽0,则目标函数z =2x +y 的最大值为( )A. 2B. 3C. −7D. −528.(5分)某程序框图如图所示,则程序运行后输出的S的值是()A. 1008B. 2017C. 2018D. 30259.(5分)在等比数列{a n}中,a1=1,公比|q|≠1,若a m=a1a2a3a4a5,则m=().A. 9B. 10C. 11D. 1210.(5分)已知点P是曲线y=x2−3lnx上任意的一点,则点P到直线2x+2y+3=0的距离的最小值是()A. 74B. 78C. 3√22D. 7√2411.(5分)直线x−2y+2=0关于直线x=1对称的直线方程是()A. x+2y−4=0B. 2x+y−1=0C. 2x+y−3=0D. 2x+y−4=012.(5分)已知边长为3的正方形ABCD与正方形CDEF所在的平面互相垂直,M为线段CD上的动点(不含端点),过M作MH//DE交CE于H,作MG//AD交BD于G,连结GH.设CM=x(0<x<3),则下面四个图象中大致描绘了三棱锥C−GHM的体积y与变量x变化关系的是()A. B.C. D.二、填空题(本大题共5小题,共25分)13.(5分)若f(x)=(m−1)x2+6mx+2是偶函数,则f(0),f(1),f(-2)从小到大的排列是____________________.14.(5分)某空间几何体的三视图如图所示,则该几何体的体积是 (1) ;表面积是 (2)15.(5分)已知△ABC 的三边长分别为3,5,7,则该三角形的 外接圆半径等于__________.16.(5分)设m ,n 已知函数fx )=og2(−|x|+4)的定域是[mn ]值域0,],若关x 的2|1−x|+m +1=0有一的实解,则m +n = ______ .17.(5分)已知函数f(x)=12x 2−ax +lnx ,对于任意不同的x 1,x 2∈(0,+∞),有f(x 1)−f(x 2)x 1−x 2>3,则实数a 的取值范围为 ______.三 、解答题(本大题共6小题,共72分)18.(12分)已知函数f (x)=(x −1)2,数列{a n }是公差为d 的等差数列,数列{b n }是公比为q 的等比数列(q ∈R,q ≠1,q ≠0).若a 1=f(d −1),a 3=f (d +1),b 1=f (q −1),b 3=f (q +1), (1)求数列{a n },{b n }的通项公式; (2)若数列{a n }的前n 项和为S n ,①求证:对任意的n ⩾2,(n ∈N ∗)时 1S 2+1S 3+⋯+1S n<1②设数列{c n }对任意的自然数n 均有c1b 1+c 2b 2+c 3b 3+⋯+c n b n=S n+1成立,求c 1+c 2+c 3+⋯+c n 的值.19.(12分)已知函数f(x)=√32sin(ωx +φ)+sin 2(ωx+φ2)−12(ω>0,0<φ<π)为奇函数,且f(x)图象的相邻两对称轴间的距离为π. (1)求f(x)的解析式;(2)△ABC 的内角A ,B ,C 所对的边分别为a ,b ,c ,已知f(π2+C)c+f(π2−B)b=1a,求角A 的取值范围.20.(12分)如图,在三棱锥A −BCD 中,ΔABD 为边长等于√2的正三角形,CD =CB =1.ΔADC 与ΔABC 是有公共斜边AC 的全等的直角三角形. (Ⅰ)求证:AC ⊥BD ;(Ⅱ)求D点到平面ABC的距离.21.(12分)已知点(0,1),(3+2√2,0),(3−2√2,0)在圆C上.(1)求圆C的方程;(2)若圆C与直线x−y+a=0交于A,B两点,且OA⊥OB,求a的值.22.(12分)已知极坐标中,曲线C的极坐标方程为ρ−2cosθ=3ρ,以极点为坐标原点,极轴为x轴的正半轴建立平面直角坐标系,若直线l的参数方程为{x=−√2+2ty=−1+2t,(t 为参数),且直线l与曲线C交于M,N两点,(Ⅰ)求直线l的极坐标方程以及曲线C的参数方程;(Ⅰ)若点P在曲线C上,求ΔPMN面积的最大值.23.(12分)设函数f(x)=|x−a|.(1)当a=2时,解不等式f(x)⩾7−|x−1|;(2)若f(x)⩽1的解集为[0,2],1m +12n=a(m>0,n>0),求证:m+4n⩾2√2+3.答案和解析1.【答案】D;【解析】解:集合A ={ 1,2},A ∪B ={ 1,2,3,4}, 所以B 至少含有,3,4两个元素,所以B 的可能情况为:{ 3,4},{ 3,4,1},{ 3,4,2},{ 3,4,1,2}. 故选D .由题意列举集合B 的所有可能情况,得到集合B 的个数.该题考查集合的基本运算,集合中元素的基本性质,考查计算能力.2.【答案】B; 【解析】解:∵z =3+i 1+ai=(3+i)(1−ai)(1−ai)(1+ai)=3+a 1+a 2−3a−11+a 2i 为纯虚数,∴{3+a1+a 2=01−3a 1+a 2≠0,解得a =−3, ∴z =i ,即z −=−i , ∴z 的共轭复数的虚部为−1. 故选:B.根据已知条件,结合复数的运算法则,以及复数的性质,即可求解. 此题主要考查复数的运算法则,以及复数的性质,属于基础题.3.【答案】A; 【解析】该题考查分段函数的应用,函数值的求法,考查计算能力,属于基础题. 利用函数的解析式,直接求解函数值即可.解:函数f(x)={lo g 2(4−x),x <41+2x−1,x ⩾4,则f(0)+f(log 232)=log 24+1+2lo g 232−1 =2+1+12×32=19. 故选:A .4.【答案】B; 【解析】此题主要考查了向量的坐标运算和三角函数的性质,属于中档题.建立平面直角坐标系,求出向量坐标,设P(cosθ,sinθ),根据向量坐标的运算得到OP →.(OA →−OB →),根据三角函数的性质即可求出最值.解:以O 为原点,以OA 为x 轴,建立平面直角坐标系,则A(1,0),B(0,1). 设P(cosθ,sinθ),0°⩽θ⩽90°.则OP →=(cosθ,sinθ),OA →=(1,0),OB →=(0,1).∴OP →.(OA →−OB →)=(cosθ,sinθ).(1,−1)=cosθ−sinθ=−√2sin (θ−45∘). ∵0°⩽θ⩽90°,∴−45°⩽θ−45°⩽45°, ∴当θ=90°时,OP →.(OA →−OB →)取得最小值为−1. 故选B.5.【答案】B;【解析】解:m ⊂α,m//β得不到α//β,因为α,β可能相交,只要m 和α,β的交线平行即可得到m//β;α//β,m ⊂α,∴m 和β没有公共点,∴m//β,即α//β能得到m//β; ∴“m//β”是“α//β”的必要不充分条件. 故选:B .m//β并得不到α//β,根据面面平行的判定定理,只有α内的两相交直线都平行于β,而α//β,并且m ⊂α,显然能得到m//β,这样即可找出正确选项.考查线面平行的定义,线面平行的判定定理,面面平行的定义,面面平行的判定定理,以及充分条件、必要条件,及必要不充分条件的概念.6.【答案】C;【解析】解:∵函数f(x)=sin (ωx +ϕ)(ω>0,|ϕ|<π2)的最小正周期为2πω=π,∴ω=2,∴f(x)=sin (2x +ϕ).∵f(x)是(π3,4π5)上的单调函数,∴2π3+ϕ⩾π2,且8π5+ϕ⩽3π2,求得−π6⩽ϕ⩽−π10,故选:C .由题意利用正弦函数的周期性求得ω,再根据单调性求得ϕ的取值范围. 此题主要考查正弦函数的周期性和单调性,属于基础题.7.【答案】A;【解析】解:作出约束条件不等式组满足{x −y −1⩽0x +2⩾0x +2y −1⩽0的可行域如图:目标函数z =2x +y 在{x −y −1=0x +2y −1=0的交点A(1,0)处取最大值为z =2×1+0=2. 故选:A .画出约束条件表示的可行域,判断目标函数z =2x +y 的位置,求出最大值. 此题主要考查简单的线性规划的应用,正确画出可行域,判断目标函数经过的位置是解答该题的关键.8.【答案】A;的值以4为周期呈周期性变化,【解析】解:由y=cos iπ2+1每四个值分为一组,每组的和为6,故a i=i cos iπ2最后满足i<2018的i值为2017,执行循环体后,i=2018,故S共进行为2018次累加,由2018÷4=504……2,故S=6×504+1−2018+1=1008,故选:A.由已知中的程序框图可知:该程序的功能是利用循环结构计算并输出变量S的值,模拟程序的运行过程,可得答案.此题主要考查的知识点是程序框图,当循环的次数不多,或有规律时,常采用模拟循环的方法解答.9.【答案】C;【解析】该题考查等比数列的性质、通项公式的灵活应用,属于基础题.根据等比数列的性质得a1⋅a5=a2⋅a4=a32,结合条件和等比数列的通项公式列出方程,求出m的值.解:根据等比数列的性质得,a1⋅a5=a2⋅a4=a32,又a m=a1a2a3a4a5,所以a m=a35,因为a m=a1q m−1=q m−1,a3=a1q2=q2,所以q m−1=(q2)5,所以m−1=10,即m=11,故选:C.10.【答案】D;【解析】解:设P(x,y),则y′=2x−3x(x>0),令2x−3x =−1,解得x=1或x=−32,∵x>0,∴x=1,∴y=1,即平行于直线2x+2y+3=0且与曲线y=x2−lnx相切的切点坐标为(1,1),由点到直线的距离公式可得点P到直线2x+2y+3=0的距离的最小值d=√4+4=7√24,故选:D.求出平行于直线2x+2y+3=0且与曲线y=x2−3lnx相切的切点坐标,再利用点到直线的距离公式求解.此题主要考查点到直线的距离公式的应用,函数的导数的求法及导数的意义,体现了转化思想,属于基础题.11.【答案】A;【解析】解:直线x−2y+2=0上的点(−2,0)关于直线x=1对称的点A(4,0),直线x−2y+2=0上的点(0,1)关于直线x=1对称的点B(2,1),故直线x−2y+2=0关于直线x=1对称的直线方程,即直线AB的方程,为y−10−1=x−24−2,即x+2y−4=0,故选:A.在直线x−2y+2=0上任取2个点,求出它们关于直线x=1对称的对称点,用两点式可得对称直线的方程.这道题主要考查求一条直线关于另一条直线的对称直线的方法,属于基础题.12.【答案】A;【解析】此题主要考查了面面垂直的性质定理的运用、三棱锥体积公式以及利用导数研究函数的单调性,属于中档题.由题意,画出图形,利用x表示三棱锥的体积,利用导数得到函数的单调区间,即可得到函数图象.解:如图,因为正方形ABCD与正方形CDEF所在的平面互相垂直,又过M作MH//DE交CE于H,作MG//AD交BD于G,所以GM⊥HM,设CM=x(0<x<3),则HM=CM,GM=DM=3−x,所以三棱锥的体积为V=13×12×GM×HM×CM=16(3−x)x2=−16x3+12x2,(0<x<3),V′=−12x2+x,令V′=−12x2+x=0,解得x=0或者x=2,令V′>0得0<x<2,令V′<0得2<x<3,故体积V在(0,2)单调递增,在(2,3)单调递减,所以V关于x的图象如下:故选:A.13.【答案】f(-2)<f(1)<f(0);【解析】略14.【答案】163;16+8√2;【解析】解:几何体的直观图如图,是正四棱柱的一部分,正四棱柱的底面边长为2,棱柱的高为:4;所以几何体的体积为:12×2×2×4−13×12×2×2×4=163.几何体的表面积为:4×2√2+2×12×2×4+12×2×2+12×2√2×√42+22−(√2)2=16+8√2.故答案为:163;16+8√2.由三视图,画出几何体的直观图,利用三视图的数据求解几何体的体积,表面积.此题主要考查三视图求解几何体的体积与表面积,判断几何体的形状是解答该题的关键.15.【答案】7√33;【解析】略16.【答案】1;【解析】解:∵f()=og2(−|x|+4)的值域02],即:m+n1结合可n=3由函数f()=log(−|+4)的定义域[m,n],|x|∈[0,]…∴−|∈[−3,0]则m=2故答案1由关于的方程2|1−x|+m=0有一的实数解,我们易m的值然后根据f()=o2(−||+4)的定义域是m,n,值域是[0,2,结合函f(x)=log2(−|x|+)性质,可出的值,进而案.本题考的知识点是的存在性及的数的判断,对函数的义及对数值域,其中利用于的方程21−x|++1=0有唯一的实数解,变形得到关x的方程2|−x|+1=m有唯一实解,即−m为函y=1−x|+1最值,是解答本的关.17.【答案】(-∞,-1];【解析】解:对于任意不同的x1,x2∈(0,+∞),有f(x1)−f(x2)x1−x2>3.不妨设x1<x2,则f(x1)−f(x2)<3(x1−x2),即f(x1)−3x1<f(x2)−3x2,设F(x)=f(x)−3x,则F(x1)<F(x2),又x1<x2,所以F(x)单调递增,F′(x)⩾0恒成立.F(x)=f(x)−3x=12x2−(a+3)x+lnx.则F′(x)=x−(3+a)+1x =x2−(3+a)x+1x,令g(x)=x2−(3+a)x+1,要使F′(x)⩾0在(0,+∞)恒成立,只需g(x)=x2−(3+a)x+1⩾0恒成立,即3+a⩽x+1x 恒成立,x+1x⩾2√x·1x=2,当且仅当x=1x,即x=1时等号成立,所以3+a⩽2,即a⩽−1,则实数a的取值范围为(−∞,−1].故答案为:(−∞,−1].根据题意对于任意不同的x1,x2∈(0,+∞),有f(x1)−f(x2)x1−x2>3,不妨设x1<x2,得到f(x1)−3x1<f(x2)−3x2,设F(x)=f(x)−3x,则F(x1)<F(x2),又x1<x2,即F(x)单调递增,则导函数大于等于0恒成立,即可得到3+a⩽x+1x恒成立,再利用基本不等式求出x+1x的最小值为2,得到3+a⩽2,即可得到答案.此题主要考查了利用导数研究函数的单调性和基本不等式,考查了转化思想和函数思想,属中档题.18.【答案】解:(1)a1=f(d−1)=(d−2)2,a3=f(d+1)=d2,∴a3-a1=2d,即d2-(d-2)2=2d,解得d=2,∴a1=0,a n=2(n-1),又b1=f(q-1)=(q-2)2,b3=f (q+1)=q2,b3b1=q2,∴q 2(q−2)2=q2,∵q≠1,∴b1=1,b n=3n−1;(2)①证明:∵S n=n(n-1),∴1S n =1n(n−1)=1n−1-1n(n≥2),则1S2+1S3+…+1S n=(1-12)+(12−13)+…+(1n−1-1n)=1-1n<1;②由c1b1+c2b2+c3b3+…+c nb n=S n+1,得c1 b1+c2b2+c3b3+…+c n−1b n−1=S n(n≥2),两式相减得cn b n=S n+1-S n =a n+1=2n ,n=1也符合,∴c n =2n•b n =2n•3n-1=23n.3n ,令T n =1.31+2.32+⋯+n.3n , 利用错位相减法可得T n =2n −14.3n+1+34∴c 1+c 2+c 3+…+c n =23T n =(n −12).3n +12.; 【解析】(1)用d 表示出a 1,a 3,由a 3−a 1=2d 可得关于d 的方程,解出d 可得a n ,用q 表示出b 1,b 3,由b 3b 1=q 2可得q 的方程,解出q 可得b n ;(2)①由(1)可得S n ,利用裂项相消法可求得1S 2+1S 3+⋯+1S n,由结果可作出证明;②由c 1b1+c 2b 2+c 3b 3+⋯+c n b n=S n+1,得c 1b1+c 2b 2+c 3b 3+⋯+c n−1b n−1=S n (n ⩾2),两式相减可求得c n ,注意验证n =1也适合,利用错位相减法可求得c 1+c 2+c 3+⋯+c n 的值. 该题考查等差数列等比数列的通项公式、数列求和、数列与不等式的综合,考查学生综合运用所学知识解决问题的能力,对能力要求较高.19.【答案】解:(1)由题意,函数f(x)=√32sin(ωx +ϕ)+sin 2(ωx+ϕ2)−12=√32sin(ωx +ϕ)−12cos(ωx +ϕ)=sin(ωx +ϕ−π6),因为函数f (x )图象的相邻两对称轴间的距离为π,所以T=2π=2πω,可得ω=1, 由函数为奇函数,可得ϕ−π6=kπ,k ∈Z ,因为0<ϕ<π,所以φ=π6,所以,函数f (x )=sinx . (2)由f(π2+C)c +f(π2−B)b=cosC c+cosB b=1a ,及正弦定理得cosC sinC +cosB sinB =sinBcosC+cosBsinCsinCsinB=sin(B+C)sinCsinB=1sinA ,∵sinA=sin[π-(B+C )]=sin (B+C ),∴si n 2A=sinBsinC ,即a 2=bc , 又由余弦定理知:cosA =b 2+c 2−a 22bc ≥2bc−a 22bc=12,当且仅当b=c 时等号成立,而A ∈(0,π),∴A ∈(0,π3].; 【解析】(1)由题意,利用三角恒等变换,化简函数的解析式,正弦函数的图象和性质,求得ω和φ的值,可得函数的解析式.(2)由题意,利用正弦定理、余弦定理,基本不等式,求得cosA 的范围,可得A 的范围. 此题主要考查三角恒等变换,正弦函数的图象和性质,正弦定理、余弦定理的应用,基本不等式,属于中档题.20.【答案】(Ⅰ)证明:取BD中点M,连AM、CM∵AD=AB∴AM⊥BD,又∵DC=CB,∴CM⊥BD,又∵CM∩AM=M,CM,AM⊂平面ACM∴BD⊥面ACM,又AC⊂面ACM,∴BD⊥AC(Ⅱ)解:过A作AE∥BC,AE=BC,连接EC、ED,则AB∥EC,AB=EC∵BC⊥AB,∴BC⊥EC,又∵BC⊥DC,EC∩DC=C,EC,DC⊂平面DEC.∴BC⊥面DEC.∵BC⊂面ABCE,∴面ABCE⊥面DEC过D作DF⊥EC,交EC于F,DF即为所求,在△DEC中,DE=DC=1,EC=√2,∴DF=√2.;2【解析】此题主要考查线面垂直,面面垂直的证明,考查点到平面距离的计算,属于中档题.(Ⅰ)取BD中点M,连AM、CM,证明BD⊥面ACM,即可证明AC⊥BD;(Ⅱ)证明面ABCE ⊥面DEC ,过D 作DF ⊥EC ,交EC 于F ,DF 即为D 点到平面ABC 的距离.21.【答案】解:(1)由题意可设圆C 的圆心为(3,t ),则有32+(t-1)2=(2√2)2+t 2,解得t=1.则圆C 的圆心为(3,1),半径长为√(3−0)2+(1−1)2=3.…(4分) 所以圆C 的方程为(x-3)2+(y-1)2=9 (2)由{x −y +a =0(x −3)2+(y −1)2=9消去y ,得2x 2+(2a-8)x+a 2-2a+1=0,此时判别式△=56-16a-4a 2.设A (x 1,y 1),B (x 2,y 2), 则有x1+x2=4-a ,x1x2=a 2−2a +12①,由于OA ⊥OB ,可得x 1x 2+y 1y 2=0,又y 1=x 1+a ,y 2=x 2+a ,所以2x 1x 2+a (x 1+x 2)+a 2=0②由①②得a=-1,满足△>0,故a=-1; 【解析】(1)设出圆的标准方程,把三个点代入,联立方程组求得.(2)设出点A ,B 的坐标,联立直线与圆的方程,消去y ,确定关于x 的一元二次方程,已知的垂直关系,确定x 1x 2+y 1y 2=0,利用韦达定理求得a .这道题主要考查了直线与圆的位置关系,圆的标准方程.考查了学生分析和图象观察能力.注意把圆的代数问题与圆的平面性质相结合.22.【答案】解:(Ⅰ)曲线C 的普通方程为(x −1)2+y 2=4, 故曲线C 的参数方程为{x =1+2cosθy =2sinθ(θ为参数).直线l 的直角坐标方程为x −y +√2−1=0, 所以直线l 的方程可化为ρsin θ−ρcos θ=√2−1. (Ⅰ)圆心C 到l 的距离为d =√2 −1|√2=1,所以|MN |=2√4−1=2√3,又因为圆C 上的点到直线l 的距离的最大值为r +d =2+1=3, 所以(S ΔPMN )max =12×|MN |×3=3√3, 即ΔPMN 面积的最大值为3√3.;【解析】此题主要考查直线和曲线的三种方程的转化及直线与圆位置关系的运用,考查点到直线距离公式及圆有关的最值问题,属于中档题.(Ⅰ)利用三种方程的转化方法,将曲线C 的极坐标方程转化为参数方程和直线l 的参数方程转化为极坐标方程;(Ⅰ)利用点到直线的距离公式求出圆心(1,0)到直线x −y +√2−1=0的距离,勾股定理求出弦长|MN |,圆C 上的点到直线l 的距离的最大值为r +d =3,利用三角形面积公式即可求解.23.【答案】解:(1)当a=2时,f (x )=|x-2|, 则不等式f (x )≥7-|x-1|等价为|x-2|≥7-|x-1|, 即|x-2|+|x-1|≥7,当x≥2时,不等式等价为x-2+x-1≥7,即2x≥10,即x≥5,此时x≥5;当1<x <2时,不等式等价为2-x+x-1≥7,即1≥7,此时不等式不成立,此时无解, 当x≤1时,不等式等价为-x+2-x+1≥7,则2x≤-4,得x≤-2,此时x≤-2, 综上不等式的解为x≥5或x≤-2,即不等式的解集为(-∞,-2]∪[5,+∞). (2)若f (x )≤1的解集为[0,2], 由|x-a|≤1得-1+a≤x≤1+a . 即{1+a =2−1+a =0得a=1, 即1m +12n =a=1,(m >0,n >0),则m+4n=(m+4n )(1m +12n )=1+2+4n m +m2n ≥3+2√4n m .m2n =2√2+3. 当且仅当4n m =m2n ,即m 2=8n 2时取等号,故m+4n≥2√2+3成立.; 【解析】(1)利用绝对值的应用表示成分段函数形式,解不等式即可.(2)根据不等式的解集求出a =1,利用1的代换结合基本不等式进行证明即可. 这道题主要考查不等式的求解和应用,根据绝对值不等式的性质转化为分段函数形式,利用1的代换转化为基本不等式是解决本题的关键.综合性较强.。
高考数学复习典型题型专题讲解与练习47 平面与平面垂直

高考数学复习典型题型专题讲解与练习专题47平面与平面垂直题型一 面面垂直的判定与性质【例1】设有直线m 、n 和平面α、β,则下列命题中正确的是( )A .若m ⊥n ,m ⊂α,n ⊂β,则α⊥βB .若m ∥n ,n ⊥β,m ⊂α,则α⊥βC .若m ∥n ,m ⊥α,n ⊥β,则α⊥βD .若m ⊥n ,α∩β=m ,n ⊂α,则α⊥β【答案】B【解析】 ⎭⎪⎬⎪⎫⎭⎬⎫n ⊥βm ∥n ⇒m ⊥β m ⊂α⇒α⊥β,∴B 正确.【变式1-1】已知直线l ⊥平面α,直线m ⊂平面β,给出下列四个命题:①α∥β,l ⊄β⇒l ⊥m ②α⊥β⇒l ∥m ③l ∥m ⇒α⊥β④l ⊥m ⇒α∥β其中正确的两个命题是( )A .①②B .③④C .②④D .①③【答案】D【解析】⎭⎪⎬⎪⎫ ⎭⎬⎫l ⊥αα∥β⇒l ⊥β m ⊂β⇒l ⊥m ,故①对; ⎭⎬⎫α⊥βl ⊥α⇒l ∥β或l ⊂β,又m 是β内的一条直线,故l ∥m 不对;⎭⎪⎬⎪⎫ ⎭⎬⎫l ∥m m ⊂β⇒l ∥β或l ⊂β l ⊥α⇒α⊥β,∴③对;⎭⎬⎫l ⊥αl ⊥m ⇒m ⊂α或m ∥α,无论哪种情况与m ⊂β结合都不能得出α∥β,∴选D .【变式1-2】若有直线m 、n 和平面α、β,下列四个命题中,正确的是( )A .若m ∥α,n ∥α,则m ∥nB .若m ⊂α,n ⊂α,m ∥β,n ∥β,则α∥βC .若α⊥β,m ⊂α,则m ⊥βD .若α⊥β,m ⊥β,m ⊄α,则m ∥α【答案】D【解析】如图(1),β∥α,m⊂β,n⊂β,有m∥α,n∥α,但m与n可以相交,故A错;如图(2),m∥n∥l,α∩β=l,有m∥β,n∥β,故B错;如图(3),α⊥β,α∩β=l,m⊂α,m∥l,故C错.故选D.【变式1-3】经过平面α外一点和平面α内一点与平面α垂直的平面有________个.【答案】1个或无数【解析】设平面外的点为A,平面内的点为B,过点A作平面α的垂线l.若点B恰为垂足,则所有过AB的平面均与α垂直,此时有无数个平面与α垂直;若点B不是垂足,则l与点B确定惟一平面β满足α⊥β.【变式1-4】平面α⊥平面β,α∩β=l,n⊂β,n⊥l,直线m⊥α,则直线m与n的位置关系是_.【答案】平行【解析】由题意知n⊥α,而m⊥α,∴m∥n.【变式1-5】如图所示,P A⊥平面ABC,∠ABC=90°,则图中互相垂直的平面有( )A.2对B.4对C.3对D.5对【答案】C【解析】∵P A⊥平面ABC,∴平面P AC⊥平面ABC,平面P AB⊥平面ABC.又BC⊥AB,∴BC⊥平面P AB,∴平面PBC⊥平面P AB.题型二面面垂直的证明证明面面垂直常用的方法:1、定义法:即说明两个半平面所成的二面角是直二面角;2、判定定理法:在其中一个平面内寻找一条直线与另一个平面垂直,即把问题转化为线面垂直;3、性质法:两个平行平面中的一个垂直于第三个平面,则另一个也垂直于此平面.【例2】如图,长方体ABCD-A1B1C1D1中,AB=AD=1,AA1=2,点P为DD1的中点.求证:平面P AC⊥平面BDD1【解析】∵长方体ABCD-A1B1C1D1中,AB=AD=1,∴底面ABCD是正方形,∴AC⊥BD,又DD1⊥平面ABCD,∴DD1⊥AC,又DD1∩BD=D,∴AC⊥平面BDD1,∴平面P AC⊥平面BDD1.【变式2-1】如图所示,在四面体ABCS中,已知∠BSC=90°,∠BSA=∠CSA=60°,又SA=SB=SC. 求证:平面ABC⊥平面SBC.【解析】法一:(利用定义证明)因为∠BSA=∠CSA=60°,SA=SB=SC,所以△ASB和△ASC是等边三角形,则有SA=SB=SC=AB=AC,令其值为a,则△ABC和△SBC为共底边BC的等腰三角形.取BC的中点D,如图所示,连接AD,SD,则AD⊥BC,SD⊥BC,所以∠ADS为二面角A-BC-S的平面角.在Rt△BSC中,因为SB=SC=a,所以SD=22a,BD=BC2=22a.在Rt△ABD中,AD=22a,在△ADS中,因为SD2+AD2=SA2,所以∠ADS=90°,即二面角A-BC-S为直二面角,故平面ABC⊥平面SBC.法二:(利用判定定理)因为SA=SB=SC,且∠BSA=∠CSA=60°,所以SA=AB=AC,所以点A在平面SBC上的射影为△SBC的外心.因为△SBC为直角三角形,所以点A在△SBC上的射影D为斜边BC的中点,所以AD⊥平面SBC.又因为AD⊂平面ABC,所以平面ABC⊥平面SBC.【变式2-2】如图,四棱锥P-ABCD的底面是边长为a的菱形,∠BCD=120°,平面PCD ⊥平面ABCD,PC=a,PD=2a,E为P A的中点.求证:平面EDB⊥平面ABCD.【解析】设AC∩BD=O,连接EO,则EO∥PC.∵PC=CD=a,PD=2a,∴PC2+CD2=PD2,∴PC⊥CD.∵平面PCD⊥平面ABCD,平面PCD∩平面ABCD=CD,∴PC⊥平面ABCD,∴EO⊥平面ABCD.又EO⊂平面EDB,故有平面EDB⊥平面ABCD.【变式2-3】如图:三棱锥P-ABC中,已知△ABC是等腰直角三角形,∠ABC=90°,△P AC是直角三角形,∠P AC=90°,∠ACP=30°,平面P AC⊥平面ABC.求证:平面P AB ⊥平面PBC.【证明】∵平面P AC⊥平面ABC,平面P AC∩平面ABC=AC,P A⊥AC,∴P A⊥平面ABC.又BC⊂平面ABC,∴P A⊥BC.又∵AB⊥BC,AB∩P A=A,AB⊂平面P AB,P A⊂平面P AB,∴BC⊥平面P AB.又BC⊂平面PBC,∴平面P AB⊥平面PBC.【变式2-4】如图,棱柱ABC-A1B1C1的侧面BCC1B1是菱形,B1C⊥A1B. 证明:平面AB1C ⊥平面A1BC1.【解析】因为BCC1B1是菱形,所以B1C⊥BC1,又B1C⊥A1B,且BC1∩A1B=B,所以B1C⊥平面A1BC1,又B1C⊂平面AB1C,所以平面AB1C⊥平面A1BC1.题型三面面垂直性质定理应用【例3】已知P是△ABC所在平面外的一点,且P A⊥平面ABC,平面P AC⊥平面PBC,求证:BC⊥AC.【证明】如图,在平面P AC内作AD⊥PC于点D,∵平面P AC⊥平面PBC,AD⊂平面P AC,且AD⊥PC,∴AD⊥平面PBC,又BC⊂平面PBC,∴AD⊥BC.∵P A⊥平面ABC,BC⊂平面ABC,∴P A⊥BC,∵AD∩P A=A,∴BC⊥平面P AC,又AC⊂平面P AC,∴BC⊥AC.【变式3-1】已知三棱锥P-ABC中,侧面P AC与底面ABC垂直,P A=PB=PC.(1)求证:AB⊥BC;(2)若AB=BC,过点A作AF⊥PB于点F,连接CF,求证:平面PBD⊥平面AFC.【解析】(1)如图所示:(1)取AC 的中点D ,连接PD 、BD ,∵P A =PC ,∴PD ⊥AC ,又平面P AC ⊥平面ABC ,且平面P AC ∩平面ABC =AC ,∴PD ⊥平面ABC ,D 为垂足.∵P A =PB =PC ,∴DA =DB =DC ,∴AC 为△ABC 的外接圆的直径,故AB ⊥BC .(2)∵P A =PC ,AB =BC ,PB =PB ,∴△ABP ≌△CBP .∵AF ⊥PB ,∴CF ⊥PB ,又AF ∩CF =F ,∴PB ⊥平面AFC ,又PB ⊂平面PBD ,∴平面PBD ⊥平面AFC .【变式3-2】如图,在三棱锥A BCD -中,AB AD ⊥,BC BD ⊥,平面ABD ⊥平面BCD ,点E ,F (E 与A ,D 不重合)分别在棱AD ,BD 上,且EF AD ⊥.(1)证明://EF 平面ABC . (2)证明:AD AC ⊥【解析】(1)在平面ABD 内,因为AB AD ⊥,EF AD ⊥,所以//EF AB .又因为EF ⊄平面ABC ,AB 平面ABC ,所以//EF 平面ABC .AD AC ⊥(2)因为平面ABD ⊥平面BCD ,平面ABD ⋂平面BCD BD =,BC ⊂平面BCD ,BC BD ⊥,所以BC ⊥平面ABD .因为AD ⊂平面ABD ,所以BC AD ⊥.又AB AD ⊥,BC AB B =,AB 平面ABC ,BC ⊂平面ABC ,所以AD ⊥平面ABC ,又因为AC ⊂平面ABC ,所以AD AC ⊥.【变式3-3】如图,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是矩形,平面PCD⊥平面ABCD.求证:AD⊥平面PCD.【解析】在矩形ABCD中,AD⊥CD,因为平面PCD⊥平面ABCD,平面PCD∩平面ABCD=CD,AD⊂平面ABCD,所以AD⊥平面PCD.【变式3-4】如图所示,PDC△所在的平面与长方形ABCD所在的平面垂直.(1)求证://⊥.BC平面PDA;(2)求证:BC PD【解析】(1)因四边形ABCD是长方形,则//BC AD,而BC⊄平面PDA,AD⊂平面PDA,所以//BC平面PDA.(2)长方形ABCD中,则BC CD⊥,平面PDC⊥平面ABCD,平面PDC平面ABCD CD=,BC⊂平面ABCD,则有BC⊥平面PDC,又PD⊂平面PDC,所以BC PD⊥.【变式3-5】如图,在四棱锥S ABCD=,-中,底面ABCD是矩形,平面ABCD⊥平面SBC,SB SC M是BC的中点,1BC=.AB=,2(1)求证:⊥. (2)若SC=S ABCDAM SD-的体积.【答案】(1)证明见解析(2【解析】(1)因为平面ABCD⊥平面SBC,ABCD SBC BC=,⋂=平面平面,SB SCM是BC的中点,所以SM BC⊥,所以SM ABCD⊥平面,而AM ABCD⊂平面,所以AM SM⊥,在矩形ABCD 中,M 是BC 的中点,1AB =,2BC =, 所以AM DM ==所以AM DM ⊥,而SM DM M ⋂=,SM DM SDM ⊂、平面,所以AM SDM ⊥平面,而SD SDM ⊂平面,所以AM SD ⊥;(2)因为平面ABCD ⊥平面SBC ,ABCD SBC BC ⋂=平面平面,SB SC =,M 是BC 的中点,所以SM BC ⊥,所以SM ABCD ⊥平面,SM 即为四棱锥S ABCD -的高,因为SC =112MC BC ==,所以SM所以四棱锥S ABCD -的体积为11···1233S ABCD V SM AB CD -==⨯=故四棱锥S ABCD -的体积为3. 题型四 二面角的求解【例4】如图,AB 是圆的直径,P A 垂直于圆所在的平面,C 是圆上一点(不同于A 、B )且P A =AC ,则二面角P -BC -A 的大小为( )A.60°B.30°C.45°D.15°【答案】C【解析】由条件得:P A⊥BC,AC⊥BC,又P A∩AC=C,∴BC⊥平面P AC,∴∠PCA为二面角P-BC-A的平面角.在Rt△P AC中,由P A=AC得∠PCA=45°,故选C.【变式4-1】在正三角形ABC中,AD⊥BC于点D,沿AD折成二面角B-AD-C后,BC=12AB,这时二面角B-AD-C的大小为( )A.60°B.90°C.45°D.120°【答案】A【解析】∠BDC为二面角B-AD-C的平面角,设正三角形ABC的边长为m,则折叠后,BC=12m,BD=DC=12m,所以∠BDC=60°.【变式4-2】在长方体''''ABCD A B C D -中,若23AB AD =='2CC =,则二面角'C BD C --的大小为( )A .30B .45C .60D .90【答案】A 【解析】如图所示,23AB AD ==,取BD 的中点O ,连接',C O CO .∵BCD ∆, 'BC D ∆为等腰三角形,∴OC BD ⊥, 'OC BD ⊥,则'C OC ∠是二面角'C BD C --的平面角, 直角三角形'C OC 中,6,'2CO C O == 63cos '22C OC ∠=='30C OC ∴∠=,故选A.【变式4-3】如图,在直棱柱111ABC A B C -中,AB AC ⊥,12AB AC AA ===,则二面角11A BC C --的平面角的正弦值为____.【答案】32【解析】过1A 作111A D B C ⊥交11B C 于D ,过D 作1DE BC ⊥,交1BC 于E ,连接1A E .由于三棱柱为直三棱柱,故11CC A D ⊥, 所以1A D ⊥平面11BCC B , 所以111,A D BC A D DE ⊥⊥, 因此1BC ⊥平面1A DE ,所以11BC A E ⊥. 故1DEA ∠是二面角11A BC C --的平面角的补角, 由于AB AC ⊥,12AB AC AA ===, 故221116262,A D DE A E A D DE ===+=在直角三角形1A DE 中,11123sin 226AD DEA AE ∠===.。
2023年高考数学一轮复习精讲精练(新高考专用)专题36:空间直线、平面的垂直(讲解版)

专题36:空间直线、平面的垂直精讲温故知新一.直线与平面垂直的判定⑴定义:如果一条直线垂直于一个平面内的任意一条直线,那么就说这条直线和这个平面垂直。
⑵判定定理:一条直线与一个平面内的两条相交直线都垂直,则该直线与此平面垂直。
简记为:线线垂直,则线面垂直.符号:,,m n m n A l l m l n αα⊂⎫⎪=⇒⊥⎬⎪⊥⊥⎭例1:(2012·广东·高考真题(理))如图所示,在四棱锥P -ABCD 中,底面ABCD 为矩形,P A ⊥平面ABCD ,点E 在线段PC 上,PC ⊥平面BDE .(1)证明:BD ⊥平面P AC ;【详解】(1)证明:∵P A ⊥平面ABCD ,BD ⊂平面ABCD∴P A ⊥BD .同理由PC ⊥平面BDE ,可证得PC ⊥BD .又P A ∩PC =P ,∴BD ⊥平面P AC .举一反三(2020·海南·高考真题)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 ;【详解】(1)证明: 在正方形ABCD 中,//AD BC ,因为AD ⊄平面PBC ,BC ⊂平面PBC ,所以//AD 平面PBC ,又因为AD ⊂平面PAD ,平面PAD 平面PBC l =,所以//AD l ,因为在四棱锥P ABCD -中,底面ABCD 是正方形,所以,,AD DC l DC ⊥∴⊥且PD ⊥平面ABCD ,所以,,AD PD l PD ⊥∴⊥因为CD PD D =所以l ⊥平面PDC ;二.直线与平面垂直的性质性质Ⅰ:垂直于同一个平面的两条直线平行。
符号:a ab b αα⊥⎫⇒⎬⊥⎭性质Ⅱ:垂直于同一直线的两平面平行符号:l l ααββ⊥⎫⇒⎬⊥⎭推论:如果两条平行直线中,有一条垂直于平面,那么另一条直线也垂直于这个平面.符号语言:a ∥b, a ⊥α,⇒b ⊥α 例2:(2022·全国·高考真题(理))在四棱锥P ABCD -中,PD ⊥底面,,1,2,3ABCD CD AB AD DC CB AB DP =====∥. (1)证明:BD PA ⊥;(1)证明:在四边形ABCD 中,作DE AB⊥于E ,CF AB ⊥于F ,因为//,1,2CD AB AD CD CB AB ====,所以四边形ABCD 为等腰梯形,所以12AE BF ==, 故32DE =,223BD DE BE =+=,所以222AD BD AB +=,所以AD BD ⊥,因为PD ⊥平面ABCD ,BD ⊂平面ABCD ,所以PD BD ⊥,又PD AD D ⋂=,所以BD ⊥平面PAD ,又因PA ⊂平面PAD ,所以BD PA ⊥;举一反三(2012·广东·高考真题(理))如图所示,在四棱锥P -ABCD 中,底面ABCD 为矩形,P A ⊥平面ABCD ,点E 在线段PC 上,PC ⊥平面BDE .(1)证明:BD ⊥平面P AC ;【详解】(1)证明:∵P A ⊥平面ABCD ,BD ⊂平面ABCD∴P A ⊥BD .同理由PC ⊥平面BDE ,可证得PC ⊥BD .又P A ∩PC =P ,∴BD ⊥平面P AC .2.(2022·浙江·高考真题)如图,已知ABCD 和CDEF 都是直角梯形,//AB DC ,//DC EF ,5AB =,3DC =,1EF =,60BAD CDE ∠=∠=︒,二面角F DC B --的平面角为60︒.设M ,N 分别为,AE BC 的中点.(1)证明:FN AD ⊥;证明:(1)(1)过点E 、D 分别做直线DC 、AB 的垂线EG 、DH 并分别交于点交于点G 、H . ∵四边形ABCD 和EFCD 都是直角梯形,//,//,5,3,1AB DC CD EF AB DC EF ===,60BAD CDE ∠=∠=︒,由平面几何知识易知,2,90DG AH EFC DCF DCB ABC ==∠=∠=∠=∠=︒,则四边形EFCG 和四边形DCBH 是矩形,∴在Rt EGD 和Rt DHA ,23EG DH ==,∵,DC CF DC CB ⊥⊥,且CF CB C ⋂=,∴DC ⊥平面,BCF BCF ∠是二面角F DC B --的平面角,则60BCF ∠=,∴BCF △是正三角形,由DC ⊂平面ABCD ,得平面ABCD ⊥平面BCF ,∵N 是BC 的中点,∴FN BC ⊥,又DC ⊥平面BCF ,FN ⊂平面BCF ,可得FN CD ⊥,而BC CD C ⋂=,∴FN ⊥平面ABCD ,而AD ⊂平面ABCD FN AD ∴⊥三.平面与平面垂直的判定⑴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。
1414_2023届高考数学一轮复习习题:直线平面垂直的判定及其性质(含解析)新人教B版.doc_0

直线、平面垂直的判定及其性质一、选择题1.已知m ,n ,l 是直线,α,β是平面,α⊥β,α∩β=l ,n ⊂β,n ⊥l ,m ⊥α,则直线m 与n 的位置关系是()A.异面B.相交但不垂直C.平行D.相交且垂直C[因为α⊥β,α∩β=l ,n ⊂β,n ⊥l ,所以n ⊥α.又m ⊥α,所以m ∥n .]2.(2021·白银市第十中学高三期末)设α,β,γ为不同的平面,m ,n ,l 为不同的直线,则下列条件一定能得到m ⊥β的是()A.α∩γ=m ,α⊥γ,β⊥γB.α⊥β,α∩β=l ,m ⊥l C.n ⊥α,n ⊥β,m ⊥αD.α⊥γ,β⊥γ,m ⊥αC[在A 中,因为α∩γ=m ,所以m ⊂α,m ⊂γ,而β⊥γ,m 并不垂直于β内的所有直线,所以β和m 可能不垂直,故A 错误;在B 中,m 只垂直于β内的一条直线,所以不能推出m ⊥β,故B 错误;在C 中,因为n ⊥α,n ⊥β,所以α∥β,又m ⊥α,所以m ⊥β,故C 正确;在D 中,由α⊥γ,β⊥γ,不能推出α∥β,所以由m ⊥α不能推出m ⊥β,故D 错误.]3.(2021·河南鹤壁高三二模)如图,在正四棱柱ABCD A 1B 1C 1D 1中,E ,F 分别是AB 1,BC 1的中点,则以下结论中不成立的是()A.EF 与BB 1垂直B.EF 与BD 垂直C.EF 与CD 异面D.EF 与A 1C 1异面D[如图所示,连接A 1B ,由几何关系可得点E 为A 1B 的中点,且BF =FC 1,由三角形中位线的性质可得:EF ∥A 1C 1,即EF 与A 1C 1不是异面直线,很明显,EF 与CD 异面,由几何关系可得:A 1C 1⊥BB 1,A 1C 1⊥BD ,则EF ⊥BB 1,EF ⊥BD ,综上可得,选项D 中的结论不成立.故选D.]4.(2021·南宁模拟)在四棱锥P ABCD 中,PA ⊥平面ABCD ,底面ABCD 是正方形,且PA =AB =2,则直线PB 与平面PAC 所成角为()A.π6B.π4C.π3D.π2A[连接BD ,交AC 于点O .因为PA ⊥平面ABCD ,底面ABCD 是正方形,所以BD ⊥AC ,BD ⊥PA .又因为PA ∩AC =A ,所以BD ⊥平面PAC ,故BO ⊥平面PAC .连接OP ,则∠BPO 即为直线PB 与平面PAC 所成角.又因为PA =AB =2,所以PB =22,BO =2.所以sin∠BPO =BO PB =12,所以∠BPO =π6.故选A.]5.在正方体ABCD A 1B 1C 1D 1中,E 为棱CD 的中点,则()A.A 1E ⊥DC 1B.A 1E ⊥BD C.A 1E ⊥BC 1D.A 1E ⊥ACC[如图,∵A 1E 在平面ABCD 上的投影为AE ,而AE 不与AC ,BD 垂直,∴选项B,D 错误;∵A 1E 在平面BCC 1B 1上的投影为B 1C ,且B 1C ⊥BC 1,∴A 1E ⊥BC 1,故选项C 正确;(证明:由条件易知,BC 1⊥B 1C ,BC 1⊥CE ,又CE ∩B 1C =C ,∴BC 1⊥平面CEA 1B 1.又A 1E ⊂平面CEA 1B 1,∴A 1E ⊥BC 1.)∵A 1E 在平面DCC 1D 1上的投影为D 1E ,而D 1E 不与DC 1垂直,故选项A 错误.故选C.]6.如图所示,在四边形ABCD 中,AD ∥BC ,AD =AB ,∠BCD =45°,∠BAD =90°.将△ADB 沿BD 折起,使平面ABD ⊥平面BCD ,构成三棱锥A BCD ,则在三棱锥A BCD 中,下列结论正确的是()A.平面ABD ⊥平面ABC B.平面ADC ⊥平面BDC C.平面ABC ⊥平面BDC D.平面ADC ⊥平面ABC D[∵在四边形ABCD 中,AD ∥BC ,AD =AB ,∠BCD =45°,∠BAD =90°,∴BD ⊥CD .又平面ABD ⊥平面BCD ,且平面ABD ∩平面BCD =BD ,故CD ⊥平面ABD ,则CD ⊥AB .又AD ⊥AB ,AD ∩CD =D ,AD ⊂平面ADC ,CD ⊂平面ADC ,故AB ⊥平面ADC .又AB ⊂平面ABC ,∴平面ADC ⊥平面ABC .]二、填空题7.已知四边形ABCD 为平行四边形,PA ⊥平面ABCD ,当平行四边形ABCD 满足条件时,有PC ⊥BD (填上你认为正确的一个条件即可).四边形ABCD 是菱形(答案不唯一)[四边形ABCD 为平行四边形,PA ⊥平面ABCD ,∴BD ⊥PA ,当四边形ABCD 是菱形时,BD ⊥AC ,又PA ∩AC =A ,∴BD ⊥平面PAC ,∴PC ⊥BD .故答案为四边形ABCD 是菱形.]8.已知a ,b 是两条不同的直线,α,β是两个不同的平面,在下列命题①α∥β∥α∥β;②α⊥β⊥α∥β;③a ∥b ∥a ∥b ;④a ⊥b ⊥a ∥b 中,正确的命题是(只填序号).②④[①:与同一条直线平行的两个平面不一定平行,在本题的条件下,两平面可能相交,所以①是假命题;②:根据直线与平面的位置关系可得:由a⊥α,a⊥β可得出α∥β,所以②是真命题.③:根据直线与平面的位置关系可得:a与b可以是任意的位置关系,所以③是假命题;④:垂直于同一个平面的两条直线平行,所以④是真命题;故答案为②④.]9.如图,在四棱锥PABCD中,侧面PAD为正三角形,底面ABCD为正方形,侧面PAD ⊥底面ABCD,M为底面ABCD内的一个动点,且满足MP=MC,则点M在正方形ABCD内的轨迹为.(填序号)①[符合条件的轨迹为线段PC的垂直平分面与平面AC的交线,③④不正确.根据题意可知PD=DC,则点D符合“M为底面ABCD内的一个动点,且满足MP=MC”,设AB的中点为N,连接PN、DN,取PC的中点E,连接NE、DE,所以DE⊥PC,因为平面PAD⊥底面ABCD,AB⊥AD,所以AB⊥平面PAD,所以AB⊥PA,因为PA=BC,AN=NB,∠PAB=∠CBN,所以△PAN≌△CBN,∴PN=CN,点N也符合“M为底面ABCD内的一个动点,且满足MP=MC”,且NE⊥PC,所以PC⊥平面EDN,当M点在线段DN上运动时,都有PC⊥ME,且E是中点,总有MP=MC,所以点M在正方形ABCD内的轨迹是线段DN,所以①正确②不正确.]三、解答题10.(2021·江苏徐州一中高三期中)如图,在四棱锥P ABCD 中,底面ABCD 是矩形,PA ⊥平面PCD ,M ,N 分别是AB ,PC 的中点.求证:(1)直线MN ∥平面PAD ;(2)直线CD ⊥平面PAD .[证明](1)根据题意,取PD 的中点G ,连接NG 、AG ,G 是PD 的中点,N 是PC 的中点,则NG ∥DC 且NG =12DC ,则四边形MNGA 是平行四边形,则有MN ∥AG ,又由MN ⊄平面PAD 中,而AG ⊂平面PAD 中,则有直线MN ∥平面PAD .(2)PA ⊥平面PCD ,CD ⊂平面PCD ,所以PA ⊥CD ,又由底面ABCD 是矩形,则CD ⊥AD ,而PA ∩AD =A ,PA ,AD ⊂平面PAD ,所以直线CD ⊥平面PAD .11.(2021·茂名一模)如图,在三棱柱ABC A 1B 1C 1中,AA 1⊥平面ABC ,点D 是AB 的中点,BC =AC ,AB =2DC =2,AA 1=3.(1)求证:平面A 1DC ⊥平面ABB 1A 1;(2)求点A 到平面A 1DC 的距离.[解](1)证明:∵在三棱柱ABC A 1B 1C 1中,AA 1⊥平面ABC ,点D 是AB 的中点,BC =AC ,CD ⊂平面ABC ,∴CD ⊥AB ,CD ⊥AA 1,∵AB ∩AA 1=A ,∴CD ⊥平面ABB 1A 1,∵CD ⊂平面A 1DC ,∴平面A 1DC ⊥平面ABB 1A 1.(2)点D 是AB 的中点,BC =AC ,AB =2DC =2,AA 1=3.设点A 到平面A 1DC 的距离为d ,∵VA 1ACD =VA A 1CD,∴13×S △ACD ×AA 1=13×S △DCA 1×d ,∴13×12×1×1×3=13×12×1×2×d ,解得d =32,∴点A 到平面A 1DC 的距离为32.1.(2021·武汉模拟)如图所示,在斜三棱柱ABC A 1B 1C 1中,∠BAC =90°,BC 1⊥AC ,则点C1在平面ABC 上的射影H 必在()A.直线AB 上B.直线BC 上C.直线AC 上D.△ABC 的内部A[连接AC 1(图略),因为AC ⊥AB ,AC ⊥BC 1,AB ∩BC 1=B ,所以AC ⊥平面ABC 1,又AC⊂平面ABC ,所以平面ABC 1⊥平面ABC ,所以点C 1在平面ABC 上的射影H 必在两平面的交线AB 上,故选A.]2.已知圆锥的顶点为P ,母线PA ,PB 所成角的余弦值为34,PA 与圆锥底面所成角为60°,若△PAB 的面积为7,则该圆锥的体积为.263π[作示意图如图所示,设底面半径为r ,PA 与圆锥底面所成角为60°,则∠PAO=60°,则PO =3r ,PA =PB =2r ,又PA ,PB 所成角的余弦值为34,则sin∠APB =74,则S △PAB =12PA ·PB ·sin∠APB=12·2r ·2r ·74=7,解得r =2,故圆锥的体积为13·π·(2)2·6=263π.]3.如图,在四棱锥P ABCD 中,底面四边形ABCD 是菱形,点E 在线段PC 上,PA ∥平面EBD .(1)证明:点E 为线段PC 中点;(2)已知PA ⊥平面ABCD ,∠ABC =60°,点P 到平面EBD 的距离为1,四棱锥P ABCD 的体积为23,求PA .[解](1)证明:连接AC ,与BD 相交于点O ,连接EO ,则经过PA 的平面PAC 与平面EBD 交线为EO .因为PA ∥平面EBD ,所以PA ∥EO .因为四边形ABCD 是菱形,所以O 为AC 的中点,所以EO 是△PAC 中位线,于是E 为线段PC 中点.(2)因为PA ∥平面EBD ,所以点A 到平面EBD 的距离等于点P 到平面EBD 的距离等于1.因为PA ⊥平面ABCD ,所以EO ⊥平面ABCD ,所以平面EBD ⊥平面ABCD ,平面EBD ∩平面ABCD =BD .因为AO ⊥BD ,所以AO ⊥面EBD ,因此AO =1.因为∠ABC =60°,所以四边形ABCD 是边长为2的菱形,面积为2×2×sin 60°=23,所以四棱锥P ABCD 的体积为V P ABCD =13·23·PA ,由13·23·PA =23,得PA =3.1.(2019·全国卷Ⅰ)已知∠ACB =90°,P 为平面ABC 外一点,PC =2,点P 到∠ACB 两边AC ,BC 的距离均为3,那么P 到平面ABC 的距离为.2[如图,过点P 作PO ⊥平面ABC 于O ,则PO 为P 到平面ABC 的距离.再过O 作OE ⊥AC 于E ,OF ⊥BC 于F ,连接PC ,PE ,PF ,则PE ⊥AC ,PF ⊥BC .又PE =PF =3,所以OE =OF ,所以CO 为∠ACB 的平分线,即∠ACO =45°.在Rt△PEC 中,PC =2,PE =3,所以CE =1,所以OE =1,所以PO =PE 2-OE 2=32-12=2.]2.《九章算术》中,将底面为长方形且有一条侧棱与底面垂直的四棱锥称之为阳马,将四个面都为直角三角形的四面体称之为鳖臑.如图,在阳马P ABCD 中,侧棱PD ⊥底面ABCD ,且PD =CD ,过棱PC 的中点E ,作EF ⊥PB 交PB 于点F ,连接DE ,DF ,BD ,BE .(1)证明:PB ⊥平面DEF .试判断四面体DBEF 是否为鳖臑,若是,写出其每个面的直角(只需写出结论);若不是,说明理由;(2)若面DEF 与面ABCD 所成二面角的大小为π3,求DC BC的值.[解](1)证明:因为PD ⊥底面ABCD ,所以PD ⊥BC ,由底面ABCD 为长方形,有BC ⊥CD ,而PD ∩CD =D ,所以BC ⊥平面PCD .而DE ⊂平面PCD ,所以BC ⊥DE .又因为PD =CD ,点E 是PC 的中点,所以DE ⊥PC .而PC ∩BC =C ,所以DE ⊥平面PBC .而PB ⊂平面PBC ,所以PB ⊥DE .又PB ⊥EF ,DE ∩EF =E ,所以PB ⊥平面DEF .由DE ⊥平面PBC ,PB ⊥平面DEF ,可知四面体BDEF 的四个面都是直角三角形,即四面体BDEF 是一个鳖臑,其四个面的直角分别为∠DEB ,∠DEF ,∠EFB ,∠DFB .(2)如图,在面PBC 内,延长BC 与FE 交于点G ,则DG 是平面DEF 与平面ABCD 的交线.由(1)知,PB ⊥平面DEF ,所以PB ⊥DG .又因为PD ⊥底面ABCD ,所以PD ⊥DG .而PD ∩PB =P ,所以DG ⊥平面PBD .故∠BDF 是面DEF 与面ABCD 所成二面角的平面角,设PD =DC =1,BC =λ,有BD =1+λ2,在Rt△PDB 中,由DF ⊥PB,得∠DPF =∠FDB =π3,则tanπ3=tan∠DPF =BD PD=1+λ2=3,解得λ=2.所以DC BC =1λ=22.故当面DEF 与面ABCD 所成二面角的大小为π3时,DC BC =22.。
两个平面垂直的判定和性质练习3

两个平面垂直的判定和性质练习3
1. 选择题
(1)不能确信两个平面一定垂直的情形是
()
(A)两个平面相交, 所成二面角是直二面角.
(B)一个平面通过另一个平面的一条垂线.
(C)一个平面垂直于另一个平面内的一条直线.
(D)平面内的直线a与平面内的直线b是垂直的.
(2)下列命题正确的是()
(A)平面内的一条直线和平面内的许多条直线垂直, 则平面⊥平面.
(B)过平面外一点P有且只有一个平面和平面垂直.
(C)直线l∥平面, l⊥平面, 则⊥
(D)垂直于同一平面的两个平面平行.
2. 填空题
(1)过平面外一条直线的平面和平面都垂直, 则平面的个数能够是.
(2)平面平面, ∩=l, 点P∈, 点Q∈l, 那么PQ⊥l是PQ ⊥的条件.
(3)平面⊥平面, a, b, 且b∥, a⊥b, 则a和的位置关系是.
3.在矩形ABCD中, AB= , BC=2, E为BC中点, 把⊿ABE和⊿CDE分不沿AE、DE折起使B与C重合于点P, (1)求证:平面PDE⊥平面PAD;(2)求二面角P-AD-E的大小.
4. 试证垂直于同一平面的两个平面的交线垂直于那个平面.
5. 如图, 在正三棱柱ABC-A1B1C1中(正三棱柱室底面为正三角形, 侧棱与底面垂直的三棱柱), E ∈BB1, 且BE=EB1, 求证: 截面A1EC⊥侧面AC1.。
2025高考数学必刷题 第49讲、直线、平面垂直的判定与性质(教师版)

第49讲直线、平面垂直的判定与性质知识梳理知识点1:直线与平面垂直的定义如果一条直线和这个平面内的任意一条直线都垂直,那称这条直线和这个平面相互垂直.知识点2:判定定理(文字语言、图形语言、符号语言)该平面也垂直知识点3:性质定理(文字语言、图形语言、符号语言)知识点4:平面与平面垂直的定义如果两个相交平面的交线与第三个平面垂直,又这两个平面与第三个平面相交所得的两条交线互相垂直.(如图所示,若,⋂=⊥CD CD αβγ,且,,⋂=⋂=⊥AB BE AB BE αγβγ,则⊥αβ)一般地,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.知识点5:判定定理(文字语言、图形语言、符号语言)知识点6:性质定理(文字语言、图形语言、符号语言)线⊥线−−−−→←−−−−判定定理性质定理线⊥面−−−−→←−−−−判定定理性质定理面⊥面(1)证明线线垂直的方法①等腰三角形底边上的中线是高;②勾股定理逆定理;③菱形对角线互相垂直;④直径所对的圆周角是直角;⑤向量的数量积为零;⑥线面垂直的性质(,)⊥⊂⇒⊥a b a bαα;⑦平行线垂直直线的传递性(,//⊥⇒⊥a c a b b c ).(2)证明线面垂直的方法①线面垂直的定义;②线面垂直的判定(,,,,⊥⊥⊂⊂⋂=⇒⊥a b a c c b b c P a ααα);③面面垂直的性质(,,,⊥⋂=⊥⊂⇒⊥b a b a a αβαβαβ);平行线垂直平面的传递性(,//⊥⇒⊥a b a b αα);⑤面面垂直的性质(,,⊥⊥⋂=⇒⊥l l αγβγαβγ).(3)证明面面垂直的方法①面面垂直的定义;②面面垂直的判定定理(,⊥⊂⇒⊥a a βααβ).空间中的线面平行、垂直的位置关系结构图如图所示,由图可知,线面垂直在所有关系中处于核心位置.性质性质性质性质性质判定判定判定判定判定线∥面线∥线面∥面线⊥面线⊥线面⊥面必考题型全归纳题型一:垂直性质的简单判定例1.(2024·甘肃兰州·校考模拟预测)设,m n 是两条不同的直线,,αβ是两个不同的平面,则下列说法正确的是()A .若,m n n α⊥∥,则m α⊥B .若,m ββα⊥∥,则m α⊥C .若,,m n n ββα⊥⊥⊥,则m α⊥D .若,,m n n ββα⊥⊥⊥,则m α⊥【答案】D【解析】当m n ⊥,//n α时,可能有m α⊥,但也有可能//m α或mα⊂,故A 选项错误;当//m β,βα⊥时,可能有m α⊥,但也有可能//m α或m α⊂,故选项B 错误;在如图所示的正方体1111ABCD A B C D -中,取m 为11B C ,n 为1C C ,β为平面A B C D ,α为平面11ADD A ,这时满足m n ⊥,n β⊥,βα⊥,但m α⊥不成立,故选项C 错误;当m β⊥,n β⊥,n α⊥时,必有//αβ,从而m α⊥,故选项D 正确;故选:D.例2.(2024·重庆·统考模拟预测)已知l ,m ,n 表示不同的直线,α,β,γ表示不同的平面,则下列四个命题正确的是()A .若//l α,且//m α,则l m ⊥B .若αβ⊥,//m α,n β⊥,则//m n C .若//m l ,且m α⊥,则l α⊥D .若m n ⊥,m α⊥,//n β,则αβ⊥【答案】C【解析】对于选项A :若//l α,且//m α,则l ,m 可能平行、相交或异面,并不一定垂直,故A 错误;对于选项B :若αβ⊥,//m α,n β⊥,则m ,n 可能平行、相交或异面,并不一定平行,故B 错误;对于选项C :若//m l ,且m α⊥,根据线面垂直可得:l α⊥,故C 正确;对于选项D :若m n ⊥,m α⊥,但不能得到n α⊥,所以虽然//n β,不能得到αβ⊥,故D 错误;故选:C.例3.(2024·陕西咸阳·统考二模)已知m ,n 是两条不同的直线,α,β是两个不同的平面,有以下四个命题:①若m ∥n ,n ⊂α,则m ∥α,②若m ⊂α,m β⊥,则αβ⊥,③若m α⊥,m β⊥,则α∥β,④若αβ⊥,m ⊂α,n ⊂α,则m n ⊥其中正确的命题是()A .②③B .②④C .①③D .①②【答案】A【解析】对于①,当m ∥n ,n ⊂α时,m ∥α或m ⊂α,所以①错误,对于②,当m ⊂α,m β⊥时,由面面垂直的判定定理可得αβ⊥,所以②正确,对于③,当m α⊥,m β⊥时,有α∥β,所以③正确,对于④,当αβ⊥,m ⊂α,n ⊂α时,如图所示,m ∥n ,所以④错误,故选:A变式1.(2024·河南·校联考模拟预测)已知,αβ是两个不同的平面,,m n 是两条不同的直线,则下列命题中正确的是()A .若,,m m n αβα⊥⊥⊥,则n β⊥B .若,,m n αβαβ⊂⊂∥,则m n ∥C .若,,m n m n αβ⊥⊂⊂,则αβ⊥D .若,,⊥∥∥m m n n αβ,则αβ⊥【答案】D【解析】对于A ,可能会出现,n n ββ⊂∥,或n 与β相交但不垂直的情况,所以A 不正确;对于B ,,m n 可能平行、可能异面,所以B 不正确;对于C ,若αβ∥,仍然满足,m n αβ⊂⊂且m n ⊥,所以C 不正确;对于D ,,//m m n α⊥,则n α⊥,再由//n β,可得αβ⊥,可知D 正确.故选:D.变式2.(2024·陕西咸阳·统考模拟预测)如图所示的菱形A B C D 中,2,60,AB BAD =∠= 对角线,AC BD 交于点O ,将ABD △沿B D 折到ABD ' 位置,使平面AB D '⊥平面B C D .以下命题:①B D AC'⊥;②平面AOC '⊥平面B CD ;③平面ABC'⊥平面A CD ';④三棱锥A BCD -'体积为1.其中正确命题序号为()A .①②③B .②③C .③④D .①②④【答案】D 【解析】如图:因为四边形A B C D 是菱形,60BAD ∠=︒,所以AB AD BC CD BD ====,O 为B D 的中点,所以BD A O '⊥,BD CO ⊥,AOCO O '⋂=,,A O CO '⊂面AOC ',所以BD ⊥面AOC',又AC '⊂面AOC ',所以B D AC '⊥,即①正确;由①知BD ⊥面AOC',又B D ⊂面B C D ,所以平面AO C '⊥平面B C D ,即②正确;如图:取A C '的中点为E ,连接B E ,DE ,依题意,A B BC A D CD ''===,所B E AE ⊥',DE A C ⊥',所以B E D ∠是二面角B A C D '--的平面角,又因为平面AB D '⊥平面B C D ,平面A BD ' 平面BCD BD =,BD A O'⊥所以AO '⊥面B C D ,ABD' 和BCD △是边长为2的正三角形,所以A O O C'===A O OC '⊥,所以在Rt A OC '△中,A C '=又A BC ' 和ADC '△是两全等的等腰三角形,2AB BC AD CD ''====,A C '的中点为E ,所以102BE DE ===,由已知可得BCD △是边长为2的正三角形,得2B D =,则在BD E △中,容易算得2B D=,2BE DE ==,222BD BE DE ≠+,所以90BED ∠≠ ,所以二面角B A C D '--不是直二面角,故③错误;由已知可得BCD △是边长为2的正三角形,又由上得AO '⊥面B C D ,所以三棱锥A BCD -'的高即为AO',A O '=BCD △是边长为2的正三角形,所以三棱锥A BCD -'的体积为1112213322BCD S A O '⋅=⨯⨯⨯⨯= ,故④正确.故选:D.变式3.(2024·广西南宁·武鸣县武鸣中学校考三模)已知l ,m ,n 是三条不同的直线,α,β是不同的平面,则下列条件中能推出αβ⊥的是()A .l ⊂α,m β⊂,且l m⊥B .l ⊂α,m β⊂,n β⊂,且l m ⊥,l n ⊥C .m α⊂,n β⊂,//m n ,且l m ⊥D .l ⊂α,//l m ,且m β⊥【答案】D【解析】对于A ,l ⊂α,m β⊂,且l m ⊥,α,β可以平行、相交不垂直、垂直,A 不正确;对于B ,l ⊂α,m β⊂,n β⊂,且l m ⊥,l n ⊥,当,m n 不相交时,l 不一定与β垂直,则α不一定与β垂直,B 不正确;对于C ,m α⊂,n β⊂,//m n ,且l m ⊥,显然直线l 与,αβ无关系,α,β可以平行、相交不垂直、垂直,C 不正确;对于D ,由//l m ,m β⊥,得l β⊥,又l ⊂α,根据面面垂直的判定知αβ⊥,D 正确.故选:D【解题方法总结】此类问题可以转化为一个正方体的棱、面等,进而进行排除.题型二:证明线线垂直例4.(2024·贵州黔东南·凯里一中校考模拟预测)如图,在三棱柱111ABC A B C -中,AB BC =,11AB B C =.(1)证明:1AC B B ⊥;【解析】(1)取AC 的中点D ,连接B D ,1B D ,AB BC = ,11AB B C =,A C B D ∴⊥,1ACB D ⊥,又1BD B D D = ,1,BD B D ⊂平面1BB D ,AC ∴⊥平面1BB D ,而1BB ⊂平面1BB D ,1AC B B ∴⊥;例5.(2024·广东深圳·统考二模)如图,在四棱锥P ABCD -中,底面A B C D 为矩形,PA ⊥平面,ABC D PA AD ==,点M 是P D 的中点.(1)证明:AM PC ⊥;【解析】(1)证明:因为PA AD =,点M 是P D 的中点,所以AM PD ⊥.因为PA ⊥平面,ABCD PA ⊂平面P A D ,所以平面PAD ⊥平面A B C D ,因为四边形A B C D 为矩形,所以CD AD ⊥,因为平面PAD ⋂平面ABCD AD =,CD ⊂平面A B C D ,所以CD ⊥平面P A D ,所以CD AM ⊥,因为PD CD D ⋂=,,PD CD ⊂平面P C D ,所以A M ⊥平面P C D ,因为PC ⊂平面P C D ,所以AM PC ⊥.例6.(2024·河南·校联考模拟预测)已知三棱柱111ABC A B C -中,1112,2,90,AB AC A A A B A C BAC E =====∠=︒是B C 的中点,F 是线段11A C 上一点.(1)求证:A B E F ⊥;【解析】(1)证明:连接11,,A E AE EC 90BAC ∠=︒ ,2AB AC ==,E 是B C 的中点A E BC∴⊥1222,22BC AE BE EC BC ∴====1112A A A B A C === ,E 是B C 的中点1A E BC ∴⊥,2211422A E AB BE ∴-=-22211A A AE A E ∴=+,1AE A E∴⊥,,AE BC E AE BC ⋂=⊂ 平面A B C1A E ∴⊥平面A B C ,A B ⊂ 平面A B C ,1A E AB ⊥,在三棱柱111ABC A B C -中,11//A C AC ,AB AC ⊥ ,11AB A C ∴⊥,1111A E A C A ⋂= ,111,A E A C ⊂11A C EA B ∴⊥平面11A C E ,E F ⊂ 平面11A C E ,A B E F ∴⊥.变式4.(2024·福建宁德·校考模拟预测)图1是由直角梯形ABCD 和以CD 为直径的半圆组成的平面图形,AD BC ∥,A D A B ⊥,112AD AB BC ===.E 是半圆上的一个动点,当△CDE 周长最大时,将半圆沿着CD 折起,使平面PCD ⊥平面ABCD ,此时的点E 到达点P 的位置,如图2.(1)求证:B D P D ⊥;【解析】(1)如下图,过点D 作DF BC ⊥交B C 于点F ,连结B D ,因为AD BC ∥,A D A B ⊥,112AD AB BC ===.所以1BF FC ==,BD =,DC =222BD DC BC +=,所以BD CD ⊥,因为平面PCD ⊥平面ABCD ,平面PCD 平面ABCD CD =,B D ⊂平面A B C D ,所以BD ⊥平面P C D ,又P D ⊂平面P C D ,所以B D P D ⊥.变式5.(2024·河南·校联考模拟预测)如图,已知三棱柱111ABC A B C -中,2AB AC ==,111A A B A A C ===90BAC ∠=︒,E 是B C 的中点,F 是线段11A C 上一点.(1)求证:A B E F ⊥;(2)设P 是棱1A A 上的动点(不包括边界),当PBC 的面积最小时,求棱锥-P ABC 的体积.【解析】(1)连接1A E ,A E11AB AC = ,E 为B C 中点,1A E BC ∴⊥.又AB AC =,90BAC ∠=︒,A E BC ∴⊥,且AE BE EC ==.111A A A B A C == ,11A AE A BE ∴≌△△,1A E AE ∴⊥,又1A E BC ⊥,BC AE E = ,,BC AE ⊂平面A B C ,1A E ∴⊥平面A B C ,又A B ⊂平面A B C ,1A E AB ∴⊥.由已知AB AC ⊥,11AC A C ∥,11AB A C ∴⊥,又1111=⋂A C A E A ,111,A C A E ⊂平面11A C E ,A B ∴⊥平面11A C E .而11F AC ∈,EF ⊂平面11A C E ,AB E F ∴⊥.(2)由(1)可知1A E BC ⊥,A E B C ⊥.又1A E AE E ⋂=,1,A E AE ⊂平面1A AE ,BC ∴⊥平面1A AE ,又1P AA ∈,PE ⊂平面1A AE ,BC PE ∴⊥.所以12P B C S B C P E =⋅△,又P 在棱1A A 上移动,∴当1P E A A ⊥时,P E 最小,此时PB C 面积最小.在1Rt A EA中,1A A =AE =,则1A E =1π6EA A ∠=,2AP ∴=.在1A A E 中,过P 做P M A E ⊥于M ,则1P M AE ∥,11PM AP AE AA ∴=,P M ⊥平面A B C ,于是可得64P M.112232P ABC V -∴=⨯⨯⨯=变式6.(2024·贵州毕节·校考模拟预测)在梯形A B C D 中,//A B D C ,90DAB ∠=︒,2C D =,4AC AB ==,如图1.沿对角线AC 将DAC △折起,使点D 到达点P 的位置,E 为B C 的中点,如图2.(1)证明:PE AC ⊥.【解析】(1)因为//A B D C ,90DAB ∠=︒,所以90ADC ∠=︒,所以1cos 2DC ACD AC ∠==,所以60ACD ∠=︒,则60CAB ACD ︒∠=∠=,又4AC AB ==,所以ABC 为等边三角形,所以4BC =,又E 为B C 的中点,连接DE 交AC 于点O ,则2DC CE ==,60DCO ECO ∠=∠=︒,所以DCO ECO ≌,所以90COD COE ∠=∠=︒,即CO DE ⊥,则折起后AC OP ⊥,AC OE ⊥,OE OP O = ,,OE OP ⊂平面P O E ,所以AC ⊥平面P O E ,PE ⊂平面P O E ,所以PE AC ⊥.【解题方法总结】12()先看两直线位置关系三线合一有等腰三角形就必用共面勾股定理(题目中线段数据多)证明其他(初中平面几何学习的其他垂直证明方法)异面考虑用线面垂直推导异面垂直找重垂线在重垂线对应平面内找垂⎧⎧⎪⎪⇒⎪⎨⊥−−−−−−→⎨⎪⎩⎪⎪⇒⇒⇒⎩l l 题型三:证明线面垂直13.(2024·陕西榆林·陕西省神木中学校考三模)如图,在四棱柱1111ABCD A B C D -中,1AA ⊥底面A B C D ,底面A B C D 满足//A D B C ,且12A B A D A A ===,BD DC ==(1)求证:AB ⊥平面11ADD A ;(2)求四棱锥11C BDD B -的体积.【解析】(1)由1AA ⊥底面A B C D ,A B ⊂平面A B C D ,所以1AB AA ⊥,又因为2A B A D ==,BD =.满足222AB AD BD +=,可得A B A D ⊥,又1AA AD A ⋂=,1,AA AD ⊂平面11ADD A ,所以AB ⊥平面11ADD A .(2)由(1)中A B A D ⊥,且//A D B C ,BD DC ==4BC =,因此222BD DC BC +=,即BD D C ⊥,又1AA ⊥平面A B C D ,11//AA DD ,可得1DD ⊥平面A B C D ,DC ⊂平面A B C D ,即1DD DC ⊥,又1DD BD D =I ,1,DD BD ⊂平面11BDD B ,所以DC ⊥平面11BDD B ,即DC 为四棱锥11C BDD B -的高,即四棱锥11C BDD B -的体积.11111162333C BDD B V BB BD DC -=⋅⋅=⨯⨯=.例7.(2024·云南·校联考模拟预测)如图,在四棱锥P OABC -中,已知ππ1,2,4,,36OA OP CP AB CPO ABC ∠∠======,π2AOC ∠=.(1)证明:CO ⊥平面A O P ;【解析】(1)在POC △中,π,2,13CPO CP OP ∠===,所以22212cos 4122132CO CP OP CP OP CPO ∠=+-⋅⋅=+-⨯⨯⨯=.所以CO =222CO OP CP +=,则CO OP ⊥.又π2AOC ∠=,即CO OA ⊥.,,OP OA O OP OA ⋂=⊂平面A O P ,所以CO ⊥平面A O P .例8.(2024·云南昭通·校联考模拟预测)如图,在三棱锥C ABD -中,CD ⊥平面ABD ,E 为AB 的中点,2AB BC AC ===,2C G E G =.(1)证明:AB ⊥平面CED ;【解析】(1)因为CD ⊥平面A B D ,A B ⊂平面A B D ,所以CD AB ⊥,又因为,AB BC AC E ==为A B 的中点,所以C E 是ABC 的中线,所以CE AB ⊥,且CE CD C ⋂=,,CE CD ⊂平面C E D ,所以AB ⊥平面C E D .例9.(2024·内蒙古赤峰·赤峰二中校联考模拟预测)如图1,在五边形ABC D E 中,四边形A B C E 为正方形,CD D E ⊥,C D D E =,如图2,将A B E 沿B E 折起,使得A 至1A 处,且11A B A D ⊥.(1)证明:D E ⊥平面1A BE ;【解析】(1)由题意得4πBEC CED ∠=∠=,π2BED ∠=,D E B E ⊥,因为A B A E ⊥,则11A B A E ⊥,又11A B A D ⊥,11111,,A E A D A A E A D =⊂ 面1A ED ,所以1A B ⊥面1A ED ,又D E ⊂面1A ED ,则1DE A B ⊥,又D E B E ⊥,1A B BE B = ,1A B ⊂平面1A BE ,BE ⊂平面1A BE ,所以D E ⊥平面1A BE .变式7.(2024·重庆巴南·统考一模)如图所示,在三棱锥-P ABC 中,已知PA ⊥平面A B C ,平面PAB ⊥平面P B C .(1)证明:BC ⊥平面P A B ;【解析】(1)过点A 作A E P B ⊥于点E ,因为平面PAB ⊥平面P B C ,且平面PAB ⋂平面P B C P B =,AE ⊂平面P A B ,所以⊥AE 平面P B C ,又BC ⊂平面P B C ,所以A E B C ⊥,又PA ⊥平面A B C ,BC ⊂平面P B C ,所以PA BC ⊥,又因为AE PA A = ,A E ,PA ⊂平面P A B ,所以BC ⊥平面P A B .变式8.(2024·广东广州·统考三模)如图,在几何体ABCD EF 中,矩形B D E F 所在平面与平面A B C D 互相垂直,且1AB BC BF ===,AD CD ==2EF =.(1)求证:B C ⊥平面C D E ;【解析】(1)在矩形B D E F 中,D E B D ⊥,又平面BD EF ⊥平面A B C D ,平面ABCD ⋂平面B D E F =B D ,D E ⊂平面B D E F ,所以D E ⊥平面A B C D ,又BC ⊂平面A B C D ,所以D E BC ⊥,在矩形B D E F 中,2B D E F ==,又1,BC CD ==2224BD BC CD ==+,所以BC CD ⊥.又DE CD D ⋂=,,DE CD ⊂平面C D E ,所以BC ⊥平面C D E ;变式9.(2024·天津津南·天津市咸水沽第一中学校考模拟预测)如图,在三棱柱111ABC A B C -中,平面11ACC A ⊥平面A B C ,12,AC BC CC D ===是1A A 的中点,且90,60ACB DAC ∠∠== .(1)证明:1AA ⊥平面C B D ;【解析】(1)连接1CA ,由题意可知:1△ACA 为等边三角形,且D 是1A A 的中点,所以1CD AA ⊥,因为平面11ACC A ⊥平面A B C ,平面11ACC A 平面ABC AC =,AC BC ⊥,所以BC ⊥平面11ACC A ,且1AA ⊂平面11ACC A ,可得1BC AA ⊥,CD BC C ⋂=,,CD BC ⊂平面C B D ,所以1AA ⊥平面C B D .【解题方法总结】垂直关系中线面垂直是重点.线垂面哪里找⎧⎪⎪⎨⎪⎪⎩①垂直两条相交线;②垂直里面作垂线;③直(正)棱柱的侧棱是垂线;④正棱锥的顶点与底面的中心的连线是垂线.线垂面有何用⎧⎨⎩①垂直面里所有线(证线线垂直);②过垂线作垂面(证面面垂直).证明线面垂直常用两种方法.方法一:线面垂直的判定.线线垂直⇒线面垂直,符号表示为:,,,,⊥⊥⊂⊂⋂=a b a c b c b c P αα,那么⊥a α.方法二:面面垂直的性质.面面垂直⇒线面垂直,符号表示为:,,,⊥=⊂⊥ b a a b αβαβα,那么⊥a β.题型四:证明面面垂直例10.(2024·山西运城·山西省运城中学校校考二模)如图,在三棱柱111ABC A B C -中,侧面11BB C C 为菱形,160CBB ∠=︒,2AB BC ==,1A C A B ==.(1)证明:平面1ACB ⊥平面11BB C C ;【解析】(1)如图,连接1B C ,交1B C 于O ,连接AO .因为侧面11BB C C 为菱形,所以1B C ⊥1B C ,且O 为1B C 的中点.又1A C A B ==,故1AO B C ⊥.又2AB BC ==,且160CBB ∠=︒,所以1,CO BO ==1A O ==.又2AB =,所以222AB BO AO =+,所以AO BO ⊥.因为1,BO CB ⊂平面11BB C C ,1BO CB O = ,所以AO ⊥平面11BB C C .又AO ⊂平面1ACB ,所以平面1ACB ⊥平面11BB C C .例11.(2024·贵州贵阳·校联考三模)如图所示,在四棱锥E ABCD -中,底面A B C D 为直角梯形,//A B C D ,12AB CD =,CD CE ⊥,45ADC EDC ∠=∠= ,AD =BE =.(1)求证:平面ABE ⊥平面A B C D ;【解析】(1) 四边形A B C D 为直角梯形,//A B C D ,CD BC ∴⊥,又CD CE ⊥,BC CE C = ,,BC CE ⊂平面B C E ,CD \^平面B C E ,又BE ⊂平面B C E ,CD BE ∴⊥;作AF CD ⊥,45ADC ∠=,AD =1AF ∴=,1BC ∴=,又45EDC ∠= ,2CD CE ∴==,BE = 222BC BE CE ∴+=,BE BC ∴⊥,BC CD C = ,,BC CD ⊂平面A B C D ,B E ∴⊥平面A B C D ,B E ⊂ 平面A B E ,∴平面ABE ⊥平面A B C D .例12.(2024·西藏日喀则·统考一模)如图,已知直角梯形A B C D 与ADEF ,222DE BC AD AB AF =====,A D A F ⊥,//ED AF ,AD ⊥AB ,//BC AD ,G 是线段B F 上一点.(1)平面A B C D ⊥平面ABF【解析】(1)因为A D A F ⊥,A D A B ⊥,A FA B A ⋂=,AF 、AB ⊂平面ABF ,所以AD ⊥平面ABF ,又AD ⊂平面ABCD ,所以平面A B C D ⊥平面ABF.变式10.(2024·广东梅州·统考三模)如图所示,在几何体PABCD 中,A D ⊥平面P A B ,点C 在平面P A B 的投影在线段P B 上()BC PC <,6BP =,AB AP ==,2D C =,CD ∥平面P A B .(1)证明:平面PCD ⊥平面P A D .【解析】(1)由题知,平面BCP ⊥平面P A B ,过点C 作P B 的垂线,垂足为E ,连接A E ,又因为平面BCP 平面PAB PB =,所以CE ⊥平面P A B .因为A D ⊥平面P A B ,所以CE DA ∥,则,,,C D A E 共面.因为CD ∥平面P A B ,CD ⊂平面C D A E ,平面CDAE 平面P A B E A =,所以CD EA ∥,则四边形A E C D 为平行四边形,所以2AE D C ==.因为6BP =,AB AP ==,所以cos2APE ∠==,因为π02APE <∠<,所以π6APE ∠=,由正弦定理得sin sin AP AE AEP APE =∠∠212=,所以sin 2AEP ∠=,因为π02AEP <∠<,所以π3AEP ∠=,所以π2EAP ∠=,即A E A P ⊥.因为A D ⊥平面P A B ,AE ⊂平面P A B ,所以A E A D ⊥,又因为AD AP A = ,,AD AP ⊂平面P A D ,所以⊥AE 平面A D P .因为CD EA ∥,所以CD ⊥平面A D P .因为CD ⊂平面P C D ,所以平面PCD ⊥平面P A D .变式11.(2024·河北张家口·统考三模)如图,在三棱柱111ABC A B C -中,侧面11BB C C 为菱形,1160,2,C BB AB BC AC AB ∠=====(1)证明:平面1ACB ⊥平面11BB C C ;【解析】(1)连1B C 、1B C 交于D ,则D 为1B C 、1B C 的中点,连AD ,因为1AC AB =,所以1AD B C ⊥,因为侧面11BB C C 为菱形,160,2C BB AB BC ∠=== ,1A C A B ==,所以BD =1AD =,所以222AB BD AD =+,即A D B D ⊥,因为1B C BD B = ,1,B C BD ⊂平面11BB C C ,所以A D ⊥平面11BB C C ,因为A D ⊂平面1ACB ,所以平面1ACB ⊥平面11BB C C .变式12.(2024·陕西西安·西安市大明宫中学校考模拟预测)如图,在长方体1111ABCD A B C D -中,122,4,AB BC AA P ===为棱A B 的中点.(1)证明:平面1PCD ⊥平面1PDD ;(2)画出平面1D PC 与平面11A ADD 的交线,并说明理由;(3)求过1,,D P C 三点的平面α将四棱柱分成的上、下两部分的体积之比.【解析】(1)在长方体1111ABCD A B C D -中,22AB BC ==,A D P ∴ 与BPC △都是等腰直角三角形,45APD BPC ︒∴∠=∠=,90,DPC DP PC ∴∠=︒∴⊥,1D D ⊥Q 平面,ABCD PC ⊂平面A B C D ,1DD PC ∴⊥,又1,DD DP D = 1,DD DP ⊂面1PDD ,CP ∴⊥面1PDD ,又PC ⊂平面1,PCD ∴平面1PCD ⊥平面1PDD ;(2)延长C P 与D A 的延长线相交于M ,连接1MD ,则1MD 即为平面1D PC 与平面11A ADD 的交线,理由如下:,M AD M ∈∴∈平面11A ADD ,,M CP M ∈∴∈平面1D PC ,∴平面1D PC 与平面11A ADD 的交线为1D M ;(3)令1MD 与1A A 的交点为N ,则三棱台1APN DCD -的体积为1M DCD M ANP V V ---,P 为棱A B 的中点,P ∴为CM 的中点,A ∴是M D 的中点,N 是1MD 的中点,1122,22MD AD AN AA ∴====,1118242323M DCD V -∴=⨯⨯⨯⨯=,111211323M ANP V -=⨯⨯⨯⨯=,∴三棱台1APN DCD -的体积为173M DCD M ANP V V ---=,∴过1,,D P C 三点的平面α将四棱柱分成的上部分的体积为71721433⨯⨯-=.∴过1,,D P C 三点的平面α将四棱柱分成的上、下两部分的体积之比为17173773=.变式13.(2024·云南·云南师大附中校考模拟预测)如图,P 为圆锥的顶点,A ,B 为底面圆O 上两点,2π3AOB ∠=,E 为P B 中点,点F 在线段A B 上,且2AF FB =.(1)证明:平面AOP ⊥平面O E F ;【解析】(1)设圆O 的半径为r ,在AO B 中,OA OB r ==,2π3AOB ∠=,π6OAB ∠=,故AB =,又2AF FB =,故AF =在A O F 中,由余弦定理得22222112cos 33OF OA AF OA AF OAF OA r =+-∠== ,所以222OA OF AF +=,即OA OF ⊥;圆锥中,PO ⊥底面O ,OF ⊂底面O ,故PO O F ⊥,又O A O P O ⋂=,所以OF ⊥平面A O P ,又OF ⊂平面O E F ,所以平面AOP ⊥平面O E F .变式14.(2024·江苏南京·南京市第一中学校考模拟预测)在如图所示的空间几何体中,A C D 与ACB △均是等边三角形,直线E D ⊥平面ACD ,直线EB ⊥平面A B C ,D E B E ⊥.(1)求证:平面ABC ⊥平面ADC ;【解析】(1)如图1,设平面B D E 与直线AC 的交点为O ,连接B O ,DO .因为直线E D ⊥平面ACD ,直线EB ⊥平面A B C ,AC ⊂平面ACD ,AC ⊂平面A B C ,所以D E AC ⊥,BE AC ⊥.因为D E BE E ⋂=,D E ⊂平面B D E ,BE ⊂平面B D E ,所以AC ⊥平面B D E .因为BO ⊂平面B D E ,DO ⊂平面B D E ,所以BO AC ⊥,DO AC ⊥.又因为A C D 与ACB △均是等边三角形,所以O 为AC 中点,且二面角B AC D --的平面角为BOD ∠.在平面四边形BODE 中,因为90BED EDO EBO ∠=∠=∠=︒,所以90BOD ∠=︒,所以平面ABC ⊥平面ADC .【解题方法总结】主要证明方法是利用面面垂直的判定定理(线面垂直⇒面面垂直).证明时,先从现有的直线中寻找平面的垂线,若图中不存在这样的直线,则可通过作辅助线来解决.题型五:垂直关系的综合应用例13.(2024·贵州铜仁·统考二模)如图,在直三棱柱111ABC A B C -中,90BAC ∠=︒,1AB AC ==.(1)试在平面1A BC 内确定一点H ,使得A H ⊥平面1A BC ,并写出证明过程;【解析】(1)取棱BC 的中点D ,连接1A D ,AD .在等腰直角△ABC 中,AD BC ⊥,又1BC AA ⊥,11,,AD AA A AD AA =⊂ 平面1ADA ,故BC ⊥平面1ADA .又BC ⊂平面1A BC ,故平面1A BC ⊥平面1ADA ,这两个平面的交线为1A D .在1ADA △中,作1AH A D ⊥,则有A H ⊥平面1A BC ;例14.(2024·全国·校联考模拟预测)如图,在正三棱柱111ABC A B C -(侧棱垂直于底面,且底面三角形A B C 是等边三角形)中,1BC CC =,M 、N 、P 分别是1C C ,A B ,1B B 的中点.(1)求证:平面//NPC 平面1AB M ;(2)在线段1B B 上是否存在一点Q 使1AB ⊥平面1A MQ ?若存在,确定点Q 的位置;若不存在,也请说明理由.【解析】(1)(1)证明:M 、N 、P 分别是1C C ,A B ,1B B 的中点.1//NP AB ∴,四边形1MCPB 为平行四边形,可得1//CP MB ,因为NP ⊂/平面1AB M ;1AB ⊂平面1AB M ;//NP ∴平面1AB M ;同理可得//CP 平面1AB M ;又CP NP P = ,,C P N P ⊂平面N P C ,∴平面//NPC 平面1AB M .(2)假设在线段1B B 上存在一点Q 使1AB ⊥平面1A MQ .四边形11ABB A 是正方形,因此点B 为点Q .不妨取2BC =,如图建立空间直角坐标系,则()0,1,1M -,()0,1,0Q ,)A ,()10,1,2B ,)1A ()1AB = ,()0,2,1MQ =- ,()11,1AM =--10AB MQ ⋅= ,((()()1111210AB AM ⋅=⨯+⨯-+⨯-=.所以1AB MQ ⊥ ,11AB A M ⊥,又1MQ A M M = ,1,MQ A M ⊂平面1A MQ ,所以1A B ⊥平面1A MQ ,∴在线段1B B 上存在一点Q ,使1AB ⊥平面1A MQ ,其中点B 为Q 点.例15.(2024·天津·耀华中学校考二模)如图,在三棱锥A ﹣BCD 中,顶点A 在底面BCD上的射影O 在棱BD 上,AB =AD BC =BD =2,∠CBD =90°,E 为CD 的中点.(1)求证:AD ⊥平面ABC ;(2)求二面角B ﹣AE ﹣C 的余弦值;(3)已知P 是平面ABD 内一点,点Q 为AE 中点,且PQ ⊥平面ABE ,求线段PQ 的长.【解析】(1)因为顶点A 在底面BCD 上的投影O 在棱BD 上,所以AO ⊥平面BCD ,因为AO ⊂平面ABD ,所以平面ABD ⊥平面BCD ,因为∠CBD =90°,所以BC ⊥BD ,因为平面ABD ∩平面BCD =BD ,BC ⊂平面BCD ,所以BC ⊥平面ABD ,又AD ⊂平面ABD ,所以BC ⊥AD ,由AB =AD BD =2,得222BD AB AD =+,所以AD ⊥AB ,因为AB ∩BC =B ,AB ⊂平面ABC ,BC ⊂平面ABC ,所以AD ⊥平面ABC .(2)连接OE ,因为O 为BD 的中点,E 为CD 的中点,OE ∥BC ,所以OE ⊥BD ,如图,以O 为坐标原点,分别以OE ,OD ,OA 为x 轴,y 轴,z 轴为正方向,建立空间直角坐标系,则O (0,0,0),A (0,0,1),B (0,﹣1,0),C (2,﹣1,0),D (0,1,0),E (1,0,0),(2,1,1)AC =-- ,(0,1,1)A B =-- ,(1,0,1)AE =- ,设平面ABE 的一个法向量m =(x ,y ,z ),00m AB y z m AE x z ⎧⋅=--=⎨⋅=-=⎩ 取x =1,得m =(1,﹣1,1),设平面ACE 的一个法向量n =(a ,b ,c ),200n AC a b c n AE a c ⎧⋅=--=⎨⋅=-=⎩ 取c =1,则(1,1,1)n = ,设二面角B ﹣AE ﹣C 的平面角为θ,由图知二面角为锐角,则cos θ=||||m n m n ⋅⋅ =13.所以二面角B ﹣AE ﹣C 的余弦值为13.(3)设P (0,y ,z ),Q (12,0,12),因为PQ ⊥平面ABE ,∴//PQ m .∴PQ m λ= ,11(,,)22y z --=λ(1,﹣1,1).∴y =12,z =0,∴P (0,12,0)∴PQ=变式15.(2024·全国·校联考模拟预测)如图,在正方体1111ABCD A B C D -中,11AD A D E = ,11CD C D F =.(1)求证:E F B D ⊥;(2)在线段1B C 上,是否存在点H ,使得1BC ⊥平面D E H ?并说明理由.【解析】(1)如图,连接AC ,因为11AD A D E = ,11CD C D F = ,所以E ,F 分别为1AD ,1C D 的中点,所以//EF AC ,又AC BD ⊥,所以E F B D ⊥.(2)如图,取1B C 的中点H ,连接EH ,DH ,因为AB ⊥平面11BCC B ,所以1AB BC ⊥,又//E H A B ,所以1EH BC ⊥.因为11//BC AD ,1AD DE ⊥,所以1BC DE ⊥.因为EH DE E = ,所以1BC ⊥平面D E H ,所以在线段1B C 上,存在点H ,使得1BC ⊥平面D E H .变式16.(2024·江西赣州·统考模拟预测)如图,在三棱柱111ABC A B C -中,侧面11AA C C 是矩形,侧面11BB C C 是菱形,160B BC ∠= ,D 、E 分别为棱A B 、11B C 的中点,F 为线段1C E 的中点.(1)证明://A F 平面1A DE ;(2)在棱1B B 上是否存在一点G ,使平面ACG ⊥平面11BB C C ?若存在,请指出点G 的位置,并证明你的结论;若不存在,请说明理由.【解析】(1)证明:取11A C 的中点M ,连接AM 、EM 、F M ,因为11//AA BB 且11AA BB =,故四边形11AA B B 为平行四边形,所以,11//AB A B 且11AB A B =,因为D 为A B 的中点,则11//AD A B 且1112AD A B =,因为M 、E 分别为11A C 、11B C 的中点,所以,11//EM A B 且1112EM A B =,所以,//AD EM 且A D E M =,故四边形A D E M 为平行四边形,所以,//A M D E ,因为A M ⊄平面1A DE ,D E ⊂平面1A DE ,所以,//AM 平面1A DE ,因为M 、F 分别为11A C 、1C E 的中点,所以,1//FM A E ,因为F M ⊄平面1A DE ,1A E ⊂平面1A DE ,所以,//FM 平面1A DE ,因为⋂=A M F M M ,AM 、F M ⊂平面A F M ,所以,平面//AFM 平面1A DE ,因为A F ⊂平面A F M ,故//A F 平面1A DE .(2)当点G 为1B B 的中点时,平面ACG ⊥平面11BB C C ,因为四边形11AA C C 为矩形,则1AC CC ⊥,因为11//BB CC ,则1BB AC ⊥,因为四边形11BB C C 为菱形,则1BC BB =,因为160B BC ∠= ,则1B B C 为等边三角形,因为G 为1B B 的中点,所以,1BB CG ⊥,因为AC CG C ⋂=,AC 、CG ⊂平面ACG ,所以,1BB ⊥平面ACG ,因为1BB ⊂平面11BB C C ,所以,平面ACG ⊥平面11BB C C ,因此,当点G 为1B B 的中点时,平面ACG ⊥平面11BB C C .变式17.(2024·安徽淮北·统考一模)如图,已知四棱锥P ABCD -的底面是平行四边形,侧面PAB 是等边三角形,2BC AB =,60ABC ∠=︒,PB AC ⊥.(1)求证:面PAB ⊥面ABCD ;(2)设Q 为侧棱PD 上一点,四边形BEQF 是过B ,Q 两点的截面,且AC 平面BEQF ,是否存在点Q ,使得平面BEQF ⊥平面PAD ?若存在,确定点Q 的位置;若不存在,说明理由.【解析】(1)在ABC 中,因为2BC AB =,60ABC ∠=︒,所以22222cos 603AC AB BC AB BC AB =+-⋅︒=,AC =,所以222AC AB BC +=,则90BAC ∠=︒,即AC AB ⊥,又AC PB ⊥,P B A B B ⋂=,,PB AB ⊂面PAB ,所以AC ⊥面PAB ,又AC ⊂面ABCD ,所以面PAB ⊥面ABCD ;(2)假设存在点Q ,使得平面BEQF ⊥平面PAD;如图,以A 为原点,分别以AB ,A C 为x ,y 轴的正方向建立空间直角坐标系A xyz -,设2AB =,则()0,0,0A ,()2,0,0B,()D -,(P,()2,AD =-,(AP =,()BD =-uu u r,(3,DP =-uu u r ,设()1111,,n x y z = 是平面PAD的法向量,则111111200n AD x n AP x ⎧⋅=-+=⎪⎨⋅==⎪⎩,取)111,n =- ,设D Q λD P = ,其中01λ≤≤.则()34,BQ BD DQ BD λDP λ=+=+=-- 连接EF ,因AC 平面BEQF ,AC ⊂平面PAC ,平面PAC 平面BEQF EF =,故AC EF ∥,取与EF 同向的单位向量()010,,j = ,设()2222,,n x y z = 是平面BEQF 的法向量,则2222220(34))0n j y n BQ x y z λλ⎧⋅==⎪⎨⋅=-+-+=⎪⎩,取)2043,,n λ=- .由平面BEQF ⊥平面PAD ,知12n n ⊥ ,有123340n n λλ⋅=+-= ,解得23λ=.故在侧棱PD 上存在点Q 且当23DQ DP =时,使得平面BEQF ⊥平面PAD .变式18.(2024·河北邯郸·统考二模)如图,直三棱柱ABC A 1B 1C 1中,D ,E 分别是棱BC ,AB 的中点,点F 在棱CC 1上,已知AB =AC ,AA 1=3,BC =CF =2.(1)求证:C 1E //平面ADF ;(2)设点M 在棱BB 1上,当BM 为何值时,平面CAM ⊥平面ADF .【解析】(1)证明:连接CE 交AD 于O ,连接OF .因为CE ,AD 为 ABC 的中线,则O 为 ABC 的重心,故123CF CO CC CE ==,故OF //C 1E ,因为OF ⊂平面ADF ,C 1E ⊄平面ADF ,所以C 1E //平面ADF;(2)当BM =1时,平面CAM ⊥平面ADF .证明如下:因为AB =AC ,D 为BC 的中点,故AD ⊥BC .在直三棱柱ABC A 1B 1C 1中,BB 1⊥平面ABC ,BB 1⊂平面B 1BCC 1,故平面B 1BCC 1⊥平面ABC .又平面B1BCC1∩平面ABC=BC,AD⊂平面ABC,所以AD⊥平面B1BCC1,又CM⊂平面B1BCC1,故AD⊥CM.又BM=1,BC=2,CD=1,FC=2,故Rt CBM≌Rt FCD.易证CM⊥DF,又DF∩AD=D,DF,AD⊂平面ADF,故CM⊥平面ADF.又CM⊂平面CAM,故平面CAM⊥平面ADF.【解题方法总结】(1)三种垂直的综合问题,一般通过作辅助线进行线线、线面、面面垂直间的转化.(2)对于线面关系中的存在性问题,首先假设存在,然后在该假设条件下,利用线面关系的相关定理、性质进行推理论证。
2023高考数学复习专项训练《空间中直线与平面的位置关系》(含解析)

2023高考数学复习专项训练《空间中直线与平面的位置关系》一、单选题(本大题共12小题,共60分)1.(5分)设m,n为两条不同的直线,α,β为两个不同的平面,给出下列命题:①若m⊥α,m⊥β,则α//β②若m//α,m//β,则α//β③若m//α,n//α,则m//n④若m⊥α.n⊥α,则m//n上述命题中,所有真命题的序号是()A. ①④B. ②③C. ①③D. ②④2.(5分)直线l1和l2是异面直线,l1在平面α内,l2在平面β内,l是平面α与平面β的交线,下列命题正确的是:A. l与l1,l2都不相交B. l与l1,l2都相交C. l至多与l1,l2中的一条相交D. l至少与l1,l2中的一条相交3.(5分)已知α、β是不同的平面,m、n是不同的直线,则下列命题不正确的是()A. 若m⊥α,m//n,n⊂β,则α⊥βB. 若m//α,α∩β=n,,则m//nC. 若m//n,m⊥α,则n⊥αD. 若m⊥α,m⊥β,则α//β4.(5分)已知两条直线m、n,两个平面α、β,给出下面四个命题:①m//n,m⊥α⇒n⊥α①α//β,m⊂α,n⊂β⇒m//n①m//n,m//α⇒n//α①α//β,m//n,m⊥α,⇒m⊥β其中正确命题的序号是()A. ①①B. ①①C. ①①D. ①①5.(5分)已知α,β是两个不同的平面,下列四个条件中能推出α//β的是()①存在一条直线m,m⊥α,m⊥β;②存在一个平面γ,γ⊥α,γ⊥β;③存在两条平行直线m,n,m⊂α,n⊂β,m//β,n//α;④存在两条异面直线m,n,m⊂α,n⊂β,m//β,n//α.A. ①①B. ①①C. ①①D. ①①6.(5分)棱柱的一条侧棱所在的直线与不含这条侧棱的侧面所在平面的位置关系是()A. 平行B. 相交C. 平行或相交D. 不相交7.(5分)若α,β是两个不同的平面,m,n,l是三条不同的直线,则下列命题错误的是()A. 若m⊂α,l∩α=A,且A∉m,则l与m不共面B. 若m,l是异面直线,l//α,m//α,且n⊥l,n⊥m,则n⊥αC. 若l⊂α,m⊂α,l∩m=A,l//β,m//β,则α//βD. 若l//α,m//β,α//β,则l//m8.(5分)已知平面α⊥平面β,α∩β=n,直线l⊂α,直线m⊂β,则下列说法正确的个数是()①若l⊥n,l⊥m,则l⊥β;②若l//n,则l//β;③若m⊥n,l⊥m,则m⊥α.A. 0B. 1C. 2D. 39.(5分)已知a,b为两条不同直线,α、β为两个不同平面.下列命题中正确的是()A. 若a//α,b//α,则a与b共面B. 若a⊥α,α//β,则a⊥βC. 若a⊥α,α⊥β,则a//βD. 若α//b,β//b,则α//β10.(5分)若直线l平行于平面α,则()A. α内所有直线与l平行B. 在α内不存在直线与l垂直C. α内存在唯一的直线与l平行D. α内存在无数条直线与l成60°角11.(5分)在空间中,设l是一条直线,α,β是两个不同的平面.下列结论正确的是()A. 若l//α,l//β,则α//βB. 若l⊥α,l⊥β,则α//βC. 若l//α,α//β,则l//βD. 若l//α,α⊥β,则l⊥β12.(5分)直线l⊂平面α,直线m⊄平面α,命题p:“若直线m⊥α,则m⊥l”的逆命题、否命题、逆否命题中真命题的个数为()A. 0B. 1C. 2D. 3二、填空题(本大题共5小题,共25分)13.(5分)设l,m,n是空间三条不同的直线,α,β是空间两个不重合的平面,给出下列四个命题:①若l与m异面,m//n,则l与n异面;②若l//α,α//β,则l//β;③若α⊥β,l⊥α,m⊥β,则l⊥m;④若m//α,m//n,则n//α.其中正确命题的序号有 ______ .(请将你认为正确命题的序号都填上)14.(5分)作直线a、b和平面α,则下列小组内两个事件互为对立事件的有 ______组(请填写个数).A组:“a//b”和“a⊥b”;B组:“a、b为异面直线”和“a⊥b”;C组:“a//α或a⊂α”和“a与α相交”.15.(5分)已知关于空间两条不同直线m,n,两个不同平面α,β,有下列四个命题:①若m//α且n//α,则m//n;②若m⊥β且m⊥n,则n//β;③若m⊥α且m//β,则α⊥β;④若n⊂α且m不垂直于α,则m不垂直于n.其中正确命题的序号为______.16.(5分)若α、β是两个相交平面,则在下列命题中,真命题的序号为______.(写出所有真命题的序号)①若直线m⊥α,则在平面β内,一定不存在与直线m平行的直线.②若直线m⊥α,则在平面β内,一定存在无数条直线与直线m垂直.③若直线m⊂α,则在平面β内,不一定存在与直线m垂直的直线.④若直线m⊂α,则在平面β内,一定存在与直线m垂直的直线.17.(5分)已知∠ACB=90°,P为平面ABC外一点,PC=2,点P到∠ACB两边AC,BC的距离均为√3,那么P到平面ABC的距离为________.三、解答题(本大题共6小题,共72分)18.(12分)如图,四棱锥P−ABCD中,AD//BC,AB=BC=1AD,E,F,H分别为线段AD,PC,CD的中点,AC2与BE交于O点,G是线段OF上一点.(1)求证:AP//平面BEF;(2)求证:GH//平面PAD.19.(12分)用符号语表示图中点、直线、平面的位置关系.20.(12分)如图,在正三棱柱ABC−A1B1C1中,AB=3,AA1=4,M为AA1的中点,P是BC上一点,且由P沿棱柱侧面经过棱CC1到M的最短路线长为√29,设这条最短路线与CC1的交点为N,求:(I)该三棱柱的侧面展开图的对角线长(II)PC和NC的长(III)平面NMP与平面ABC所成二面角(锐角)的大小(用反三角函数表示)21.(12分)如图,正方体ABCD−A1B1C1D1中,M,N分别是AB,A1D1的中点.判断直线MN与平面BB1D1D的位置关系,并说明理由.22.(12分)如图,在棱长为a的正方体ABCD−A1B1C1D1中,点E是棱D1D的中点,点F在棱B1B上,且满足B1F=2BF。
2025高考数学一轮复习-7.4-直线、平面垂直的判定与性质-专项训练【含答案】

2025高考数学一轮复习-7.4-直线、平面垂直的判定与性质-专项训练基础巩固练1.能保证直线a与平面α平行的条件是()A.b⊂α,a∥bB.b⊂α,c∥α,a∥b,a∥cC.b⊂α,A,B∈a,C,D∈b,且AC∥BDD.a⊄α,b⊂α,a∥b2.在三棱台ABC-A1B1C1中,直线AB与平面A1B1C1的位置关系是()A.相交B.平行C.在平面内D.不确定3.已知a,b,c为三条不重合的直线,α,β,γ为三个不重合的平面,现给出以下四个命题:① ∥ ∥ ⇒α∥β;② ∥ ∥ ⇒α∥β;③ ∥ ∥ ⇒a∥α;④ ∥ ∥ ⇒a∥β.其中为真命题的是()A.①②③B.①④C.②D.①③④4.(2023连云港质检)若过直线l外两点作与l平行的平面,则这样的平面()A.不存在B.只有一个C.有无数个D.不能确定5.(多选题)如图所示,P为矩形ABCD所在平面外一点,矩形对角线的交点为O,M为PB的中点,给出以下结论,其中正确的是()A.OM∥PDB.OM∥平面PCDC.OM∥平面PDAD.OM∥平面PBA6.(多选题)(2023无锡调研)设a,b是两条不同的直线,α,β,γ是三个不同的平面,则α∥β的一个充分条件是()A.存在一条直线a,a∥α,a∥βB.存在一条直线a,a⊂α,a∥βC.存在一个平面γ,满足α∥γ,β∥γD.存在两条异面直线a,b,a⊂α,b⊂β,a∥β,b∥α7.如图,E,F,G分别是四面体ABCD的棱BC,CD,DA的中点,则此四面体中与过点E,F,G的截面平行的棱是.8.如图所示,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,M,E,F,N分别是A1B1,B1C1,C1D1,D1A1的中点,求证:(1)E,F,B,D四点共面;(2)平面MAN∥平面EFDB.9.如图所示,已知正方体ABCD-A1B1C1D1.(1)求证:平面A1BD∥平面B1D1C.(2)若E,F分别是AA1,CC1的中点,求证:平面EB1D1∥平面FBD.综合提升练10.(多选题)四棱锥的平面展开图如图所示,其中四边形ABCD为正方形,点E,F,G,H分别为PA,PD,PC,PB的中点,则在原四棱锥中()A.平面EFGH∥平面ABCDB.BC∥平面PADC.AB∥平面PCDD.平面PAD∥平面PAB11.如图,点A,B,C,M,N为正方体的顶点或所在棱的中点,则下列各图中,不满足直线MN∥平面ABC的是()A BC D12.(2023苏州月考)如图,在斜三棱柱ABC-A1B1C1中,点D1为A1C1上的点.当 1 1 1 1=时,BC1∥平面AB1D1.第12题图第13题图13.如图,在直三棱柱ABC-A1B1C1中,D为AA1的中点,点P在侧面BCC1B1上运动,当点P满足条件时,A1P∥平面BCD.(填一个满足题意的条件即可)14.如图,在四棱锥P-ABCD中,AB∥CD,AB=2CD,E为PB的中点.(1)求证:CE∥平面PAD.(2)在线段AB上是否存在一点F,使得平面PAD∥平面CEF?若存在,请证明你的结论;若不存在,请说明理由.创新应用练15.如图所示,在棱长为1的正方体ABCD-A1B1C1D1中,E,F分别是棱BC,CC1的中点,P是侧面BCC1B1内一点,若A1P∥平面AEF,则线段A1P的长度的取值范围是()A.1,2 D.[2,3]参考答案1.D2.B3.C4.D5.ABC6.CD7.BD,AC8.证明(1)如图,连接B1D1.∵E,F分别是B1C1和C1D1的中点,∴EF∥B1D1.又BD∥B1D1,∴BD∥EF.∴E,F,B,D四点共面.(2)由题意知MN∥B1D1,B1D1∥BD,∴MN∥BD.又MN⊄平面EFDB,BD⊂平面EFDB,∴MN∥平面EFDB,如图,连接MF.∵点M,F分别是A1B1与C1D1的中点,∴MF AD.∴四边形ADFM是平行四边形.∴AM∥DF.∵AM⊄平面EFDB,DF⊂平面EFDB,∴AM∥平面EFDB.又AM∩MN=M,∴平面MAN∥平面EFDB.9.证明(1)因为B1B DD1,所以四边形BB1D1D是平行四边形,所以B1D1∥BD.又BD⊄平面B1D1C,B1D1⊂平面B1D1C,所以BD∥平面B1D1C.同理A1D∥平面B1D1C.又A1D∩BD=D,所以平面A1BD∥平面B1D1C.(2)由BD∥B1D1,B1D1⊂平面EB1D1,BD⊄平面EB1D1,得BD∥平面EB1D1.如图,取BB1的中点G,连接AG,GF,易得AE∥B1G,又因为AE=B1G,所以四边形AEB1G是平行四边形,所以B1E∥AG.易得GF∥AD,又因为GF=AD,所以四边形ADFG是平行四边形,所以AG∥DF,所以B1E ∥DF,又B1E⊂平面EB1D1,DF⊄平面EB1D1,所以DF∥平面EB1D1.又因为BD∩DF=D,所以平面EB1D1∥平面FBD.10.ABC11.D12.113.P是CC1的中点(答案不唯一)14.解(1)如图,取P A的中点H,连接EH,DH,因为E为PB的中点,所以EH∥AB,且EH=12AB,又AB∥CD,且CD=12AB,所以EH∥CD,且EH=CD,所以四边形DCEH为平行四边形,所以CE∥DH,又DH⊂平面PAD,CE⊄平面PAD,所以CE ∥平面PAD.(2)存在.当F为AB的中点时,平面P AD∥平面CEF.证明如下:如图,取AB的中点F,连接CF,EF,则AF=12AB,因为CD=12AB,所以AF=CD,又AF∥CD,所以四边形AFCD为平行四边形,所以CF∥AD.又AD⊂平面PAD,CF⊄平面PAD,所以CF∥平面PAD,由(1)知CE∥平面PAD,又CE∩CF=C,CE,CF⊂平面CEF,所以平面CEF∥平面PAD.故当F为AB的中点时,平面PAD∥平面CEF.15.B。
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2023高考数学复习专项训练《面面垂直的判定》一、单选题(本大题共12小题,共60分)1.(5分)已知A={ x|3a−1<x<2a+3},B={ x|x2−x−2⩽0},A⊆B,则a的取值范围为()A. { a|a⩽−12} B. { a|a⩽12或a⩾0}C. { a|a⩾4}D. { a|a⩽0或a⩾4}2.(5分)定义:设函数f(x)的定义域为D,如果[m,n]⊆D,使得f(x)在[m,n]上的值域为[m,n],则称函数f(x)在[m,n]上为“等域函数”,若定义域为[1e,e2]的函数g(x)= c x(c>0,c≠1)在其定义域的某个区间上为“等域函数”,则实数c的取值范围为()A. [2e2,1e) B. [2e2,1e]C. [e2e2,e1e] D. [e2e2,e1e)3.(5分)设x、y∈R,则“x≥2且y≥2”是“x2+y2≥4”.()A. 充分非必要条件B. 必要非充分条件C. 充要条件D. 既非充分又非必要条件4.(5分)命题p:关于x的不等式ax2+ax−x−1<0的解集为(−∞,−1)∪(1a,+∞)的一个充分不必要条件是().A、a⩽−1B、a>0C、−2<a<0D、a<−2A. a⩽−1B. a>0C. −2<a<0D. a<−25.(5分)函数y=loga (2x−3)+√22(a>0且a≠1)的图像恒过定点P,且点P在幂函数f(x)的图像上,则f(4)=()A. 2B. 12C. 14D. 166.(5分)设ab>0,下面四个不等式:①|a+b|>|a|;②|a+b|<|b|;③|a+b|<|a−b|;④|a+b|>|a|−|b|;正确的是()A. ①和②B. ①和③C. ①和④D. ②和④7.(5分)已知ΔABC 的三个内角A ,B ,C 所对的边分别为a ,b ,c ,若b 2+c 2<a 2,且cos 2A −3sin A +1=0,则sin (C −A)+√32cos (2A −B)的取值范围为 ( )A. (−12,−√34) B. (−12,−√34] C. [0,√34] D. (−23,−12) 8.(5分)函数y =x 2+ln |x|的图象大致为( )A. B.C.D.9.(5分)已知函数f(x)=x 1−|x|(x ∈D),有下列四个结论:①对任意x ∈D ,f(−x)+f(x)=0恒成立;②对任意m ∈(0,1),方程|f(x)|=m 有两个不相等的实数根; ③存在函数g(x)使得g(x)的图象与f(x)的图象关于直线y =x 对称; ④对任意k ∈(1,+∞),函数g(x)=f(x)−kx 在D 上有三个零点. 则上述结论中正确的个数为()A. 1B. 2C. 3D. 410.(5分)已知函数f (x )的定义域为R ,f (x +2)为偶函数,f (2x +1)为奇函数,则( )A. f (−12)=0B. f (−1)=0C. f (2)=0D. f (4)=011.(5分)已知定义在R 上的奇函数f(x),且当x ∈[0,+∞)时,f(x)单调递增,则不等式f(2x +1)+f(1)⩾0的解集是()A. (−∞,1)B. (−1,+∞)C. [−1,+∞)D. (−∞,1]12.(5分)已知集合A ={x|1<x <3},集合B ={x|log 2(x +1)⩽2},则A ∪B =()A 、{x|1<x <3}B 、{x|x ⩽3}C 、{x|−1<x <3}D 、{x|1−<x ⩽3} A. {x|1<x <3} B. {x|x ⩽3} C. {x|−1<x <3}D. {x|1−<x ⩽3}二 、填空题(本大题共5小题,共25分)13.(5分)函数f(x)=x−1x中,若f(x)=0,则x=__________.14.(5分)某班有36名同学参加数学、物理、化学竞赛小组,每名同学至多参加两个小组,已知参加数学、物理、化学小组的人数分别为26,15,13,同时参加数学和物理小组的有6人,同时参加物理和化学小组的有4人,则只参加物理小组的有__________人,同时参加数学和化学小组的有__________人.15.(5分)写出一个同时具有下列性质①②③的函数f(x): ______ .①f(x1x2)=f(x1)f(x2);②当x∈(0,+∞)时,f′(x)>0;③f′(x)是奇函数.16.(5分)已知函数f(x)满足以下条件:①在R上单调递增;②对任意x1,x2,均有f(x1)⋅f(x2)=4f(x1+x2),则f(x)的一个解析式为 ______.17.(5分)已知等式sin230°+sin230°+sin30°⋅sin30°=34sin220°+sin240°+sin20°⋅sin40°=34sin210°+sin250°+sin10°⋅sin50°=34请你写出一个具有一般性的等式,使你写出的等式包含了已知的等式,这个等式是______.三、解答题(本大题共6小题,共72分)18.(12分)已知集合A={x|1⩽x−1⩽4},B={x|−2<x⩽3},C={x|2a−1< x<2a+1}.(1)若x∈C是“x∈A”的充分条件,求实数a的取值范围;(2)若(A∩B)⊆C,求实数a的取值范围.19.(12分)已知函数f(x)=√3sinx+mcosx(m∈R).(Ⅰ)若m=1,求f(π12)的值;(Ⅰ)若m=√6,且f(x)=0,求tan2x.20.(12分)立德中学高一年级共有200名学生报名参加学校团委与学生会组织的社团组织.据统计,参加艺术社团组织的学生有103人,参加体育社团组织的学生有120人(并非每个学生必须参加某个社团).求在高一年级的报名学生中,同时参加这2个社团的最多有多少人?最少有多少人?21.(12分)已知sin(α−β)=12,sin(α+β)=13.(1)证明:tanα+5tanβ=0;(2)计算:tan(α−β)−tanα+tanβtan2α·tan(α−β)的值.22.(12分)在①两个相邻对称中心的距离为π2,②两条相邻对称轴的距离为π2,③两个相邻最高点的距离为,这三个条件中任选一个,补充在下面问题中,并对其求解.问题:函数f(x)=cos(ωx+φ)(ω>0,0<φ<π2)的图象过点(0,12),且满足________,当α∈(0,π2)时,f(α2)=−√22,求sinα的值.23.(12分)已知函数f(x)=ax−2b x 2+1是定义在[−1,1]上的奇函数,且f(1)=1.(1)求a ,b 的值;(2)判断函数f(x)的单调性并用定义加以证明;(3)求使f(m −1)+f(2m −1)<0成立的实数m 的取值范围. 四 、多选题(本大题共5小题,共25分) 24.(5分)下列说法正确的是()A. “a >1”是“1a <1”的充分不必要条件B. 命题“∀x >1,x 2<1”的否定是“∃x <1,x 2⩾1”C. “x >1”是“(x −1)(x +2)>0”的必要条件D. 设a ,b ∈R ,则“a ≠0”是“ab ≠0”的必要不充分条件 25.(5分)设a >1,b >1且ab −(a +b)=1,那么( )A. a +b 有最小值2+2√2B. a +b 有最大值2+2√2C. ab 有最小值3+2√2D. ab 有最大值1+√226.(5分)已知x ,y ∈R ,x >0,y >0,且x +2y =1.则下列选项正确的是()A. 1x +1y 的最小值为4√2 B. x 2+y 2的最小值为15 C.x−2y x 2+y 2>1D. 2x+1+4y ⩾427.(5分)已知M 、N 均为实数集R 的子集,且N ∩∁R M =∅,则下列结论中正确的是( )A. M ∩∁R N =∅B. M ∪∁R N =RC. ∁R M ∪∁R N =∁R MD. ∁R M ∩∁R N =∁R M28.(5分)已知函数f(x)=2cos (ωx +ϕ)(ω>0,|ϕ|<π2)的图象上,对称中心与对称轴x =π12的最小距离为π4,则下列结论正确的是( )A. f (x )+f (5π6−x)=0 B. 当x ∈[π6,π2]时,f (x )⩾−√3C. 若g(x)=2cos2x ,则g (x −π6)=f (x )D. 若sin 4α−cos 4α=−45,α∈(0,π2),则f (α+π4)的值为4−3√35答案和解析1.【答案】C;【解析】解:由题意知B ={ x |−1⩽x ⩽2}, (1)A =∅时,3a −1⩾2a +3,解得a ⩾4,满足题意;(2)A ≠∅时,a <4,由A ⊆B ,即有{2a +3⩽2,解得{a ⩽−12,可得a ∈∅; 综上,a ⩾4. 故选:C.分别讨论A 是否为空集,结合集合的关系,可得a 的不等式组,解不等式可得所求范围. 此题主要考查集合关系中的含参问题,注意对集合A 分空集和不是空集2种情况进行讨论,属于较易问题.2.【答案】D;【解析】解:由题意得,函数g(x)的图象与直线y =x 在[1e ,e 2]上有两个交点,即方程c x =x 在[1e,e 2]上有两个不等实根,即lnc =lnx x在[1e ,e 2]上有两个不等实根.设函数ℎ(x)=lnx x(1e⩽x ⩽e 2),ℎ′(x)=1−lnx x 2,当1e⩽x <e 时,ℎ′(x)>0,函数ℎ(x)单调递增; 当e <x ⩽e 2时,ℎ′(x)<0,函数ℎ(x)单调递减. 所以ℎ(x)在x =e 处取得极大值,也是最大值,为ℎ(e)=1e .又ℎ(1e )=−e,ℎ(e 2)=2e 2, 故2e 2⩽lnc <1e ,解得e 2e 2⩽c <e 1e.故选:D.由题意可得函数g(x)的图象与直线y =x 在[1e ,e 2]上有两个交点,即lnc =lnx x在[1e ,e 2]上有两个不等实根.构造函数,通过导数求函数的最值与区间端点值,数形结合求解即可.此题主要考查了导数的新定义问题,考查转化思想,属于中档题.3.【答案】A; 【解析】略4.【答案】null; 【解析】此题主要考查了一元二次不等式的解法,充分必要条件的应用,属于中档题. 先根据命题p 成立的充要条件,求出a 的取值范围,然后根据充分不必要条件的定义结合各选项可得答案.解:由题意命题p 即(ax −1)(x +1)<0的解集为(−∞,−1)∪(1a ,+∞),即充要条件为{a <0−1⩽1a ,解得a ⩽−1,因为(−∞,−2)⫋(−∞,−1]所以a <−2是a ⩽−1的一个充分不必要条件, 故选D.5.【答案】B; 【解析】此题主要考查了对数的恒过定点问题以及幂函数的解析式和求值,属于基础题.将定点代入幂函数解析式,可得a ,进而可求f(4).解:可知函数y =log a (2x −3)+√22(a >0且a ≠1)的图象恒过定点P(2,√22), 令幂函数为f(x)=x a ,代入P 点坐标, 可得√22=2a ,则a =−12, f(x)=x −12, 则f(4)=4−12=12.故选B.6.【答案】C;【解析】此题主要考查了不等式与绝对值不等式,根据ab >0,逐项判断即可得到答案.解:∵ab >0,∴a 、b 同号,∴ |a +b|>|a|,|a +b|=|a|+|b|,∴①④正确,故选C.7.【答案】A; 【解析】此题主要考查了二倍角公式,解三角形,以及三角恒等变换等内容,需要学生熟练掌握并巧妙变换.由题意,利用二倍角公式将cos2A −3sin A +1=0化成关于sin A 的一元二次方程,解出sin A 的值,利用cos A <0求出A 的取值;将A 的值和B =π−A −C 代入并化简,可以得到关于C 的三角函数,利用三角函数单调性求出值域,即所求.解:因为cos2A −3sin A +1=0, 所以1−2sin2A −3sin A +1=0, 所以sin A =12或−2(舍), 又因为cos A <0, 所以A =5π6, 所以sin (C −A)+√32cos (2A −B)=sin (C −5π6)+√32cos [2×−(π−5π6−C)]=sin (C −5π6)+√32sin C =−12cos C , 又因为C ∈(0,π6), 所以cos C ∈(√32,1), 所以−12cos C ∈(−12,−√34) .故选A.8.【答案】A;【解析】此题主要考查了函数图象的识别,关键是掌握函数的奇偶性和函数的单调性和函数值的变化趋势,属于基础题.先求出函数为偶函数,再根据函数值的变化趋势或函数的单调性即可判断. 解:∵f(−x)=x 2+ln |x|=f(x), ∴y =f(x)为偶函数,∴y =f(x)的图象关于y 轴对称,故排除B ,C , 当x >0时,y =x 2+ln x 为增函数,故排除D. 故选A .9.【答案】C;【解析】解:①函数的定义域是{x|x ≠±1},f(−x)+f(x)=−x 1−|−x|+x 1−|x|=0,故①正确;②y =|f(x)|=|x1−|x||={x x−1,x >1x 1−x ,0<x <1−x1+x,−1<x <0−x x+1,x <−1,函数的图象如图所示:y =m 与函数图象有2个交点,故②正确;③设函数g(x)上的任一点为P(x,y)关于y =x 的对称点为(y,x)在函数f(x)上, 则x =y 1−|y|,当y >0时,y =xx+1,当y ⩽0时,y =x 1−x,当x =2时,y =23或y =−2,存在一个x 对着两个y 的值,所以不存在函数g(x)使得g(x)的图象与f(x)的图象关于直线v =x 对称,故③不正确; ④x1−|x|−kx =0,当x =0时,满足方程,所以方程的一个实数根是x =0,当x ≠0时,k =11−|x|,|x|=1−1k ,当k >1时,1−1k >0,x =±(1−1k ),),所以函数有3个零所以满足方程g(x)=f(x)−kx=0的有三个实数根据0,±(1−1k点,故④正确.故正确的个数有3个.故选:C.①根据解析式计算f(−x)+f(x)=0;②画出函数y=|f(x)|的图象,由图象的交点个数判断实数根的个数;③假设存在函数g(x)满足条件,再根据函数的定义,判断选项;④根据f(x)−kx=0,求方程的实数根的个数,再判断定义域上的零点个数.此题主要考查函数的图象和性质,零点,重点考查数形结合分析问题的能力,推理能力,属于中档题型.10.【答案】B;【解析】本题是对函数奇偶性和周期性的综合考查,属于拔高题.推导出函数f(x)是以4为周期的周期函数,由已知条件得出f(1)=0,结合已知条件可得出结论.解:因为函数f(x+2)为偶函数,则f(2+x)=f(2−x),可得f(x+3)=f(1−x),因为函数f(2x+1)为奇函数,则f(1−2x)=−f(2x+1),所以,f(1−x)=−f(x+1),所以,f(x+3)=−f(x+1)=f(x−1),即f(x)=f(x+4),故函数f(x)是以4为周期的周期函数,因为函数F(x)=f(2x+1)为奇函数,则F(0)=f(1)=0,故f(−1)=−f(1)=0,其它三个选项未知.故选B.11.【答案】C;【解析】此题主要考查综合运用函数的单调性与奇偶性解不等式,属于中档题.解:因为函数在[0,+∞)上是增函数,且函数是奇函数,所以函数在(−∞,0)上是增函数,函数在x=0处连续,所以函数在R上是增函数,又f(−1)=−f(1),所以不等式可化为f(2x+1)⩾−f(1)=f(−1),所以2x+1⩾−1,解得x⩾−1,即不等式的解集为[−1,+∞).故选C.12.【答案】null;【解析】解:集合A={x|1<x<3},集合B={x|log2(x+1)⩽2}={x|−1<x⩽3},则A∪B={x|−1<x⩽3}.故选:D.求出集合A,集合B,利用并集定义能求出A∪B.此题主要考查集合的运算,考查并集定义、不等式性质等基础知识,考查运算求解能力,是基础题.13.【答案】1或-1;【解析】略14.【答案】5;8;【解析】此题主要考查运用集合间的关系确定元素个数问题以及venn图的运用,属于基础题.把集合间的关系利用方程表示出来,再解方程即可.解:由条件知,每名同学至多参加两个小组,故不可能出现一名同学同时参加数学、物理、化学小组,因为参加数学和物理小组的有6人,同时参加物理和化学小组的有4人,所以只参加物理的有15−6−4=5人.设同时参加数学和化学小组的人数有x人,则只参加数学的有26−6−x=20−x,只参加化学的有13−4−x=9−x.又总人数为36人,即20−x+x+6+4+5+9−x=36,所以44−x=36,解得x=8.即同时参加数学和化学小组的人数有8人,15.【答案】f(x)=x2;【解析】此题主要考查了幂函数的求导公式,奇函数的定义及判断,考查了计算能力,属于基础题.函数f(x)=x 2,f(x 1x 2)=(x 1x 2)2=x 12x 22=f(x 1)f(x 2)满足①,求出导函数,可判断满足②③.解:f(x)=x 2时,f(x 1x 2)=(x 1x 2)2=x 12x 22=f(x 1)f(x 2);当x ∈(0,+∞)时,f′(x)=2x >0;f′(x)=2x 是奇函数. 故答案为:f(x)=x 2.16.【答案】f (x )=2x+2;【解析】解:因为函数f(x)满足对任意x 1,x 2,均有f(x 1)⋅f(x 2)=4f(x 1+x 2), 故考虑基本初等函数中的指数函数, 又f(x)在R 上单调递增, 则指数函数的底数大于1,所以f(x)的一个解析式为f(x)=2x+2. 故答案为:f(x)=2x+2.由条件②,考虑为基本初等函数中的指数函数,再利用单调性,即可得到答案. 此题主要考查了基本初等函数性质的理解与应用,指数函数性质的理解与应用,考查了逻辑推理能力,属于基础题.17.【答案】si n 2α+si n 2(60°-α)+sinα•sin (60°-α)=34;【解析】解:等式的右边为常数34,等式左边的两个角之和为60°,故由归纳推理可知,满足条件的一个结论可以是:sin 2α+sin 2(60°−α)+sinα⋅sin(60°−α)=34.故答案为:sin 2α+sin 2(60°−α)+sinα⋅sin(60°−α)=34.根据两个等式的特点,确定角和角之间的关系,然后利用归纳推理归纳出结论. 此题主要考查归纳推理的应用,根据归纳推理,先从条件中确定等式的规律是解决此类问题的基本思路,属于基础题.18.【答案】解:(1)集合A={x|1≤x -1≤4}={x|2≤x≤5},C={x|2a-1<x <2a+1}, ∵x ∈C 是“x ∈A”的充分条件,∴{2a +1≤52a −1≥2,解得32≤a ≤2, ∴实数a 的取值范围是[32,2];(2)∵集合A={x|1≤x -1≤4}={x|2≤x≤5},B={x|-2<x≤3},C={x|2a-1<x <2a+1}, ∴A∩B={x|2≤x≤3},(A∩B )⊆C ,∴{2a −1<22a +1>3,解得1<a <32, ∴实数a 的取值范围是(1,32).;【解析】(1)求出集合A ,利用x ∈C 是“x ∈A ”的充分条件,列出不等式组,由此能求出实数a 的取值范围;(2)利用交集定义求出A ∩B ,利用(A ∩B)⊆C ,列出不等式组,由此能求出实数a 的取值范围.此题主要考查集合的运算,考查充分条件、子集、交集定义、不等式性质等基础知识,考查运算求解能力,是基础题.19.【答案】解:(Ⅰ)若m=1,则函数f (x )=√3sinx+cosx=2sin (x+π6), ∴f (π12)=2sin π4=√2.(Ⅱ)∵m=√6,f (x )=√3sinx+√6cosx=0, ∴√3sinx-=-√6cosx ,∴tanx=-√2, ∴tan2x=2tanx 1−tan 2x =2√2.;【解析】(Ⅰ)由题意,利用两角和差的三角公式化简函数f(x)的解析式,从而得到f(π12)的值.(Ⅰ)先由题意求得tanx 的值,再利用二倍角的正切公式,计算tan2x 的值. 此题主要考查两角和差的三角公式,二倍角的正切公式,属于基础题.20.【答案】解:由题意:当艺术社团组织的103名学生都参加体育社团组织时,同时参加这2个社团的学生最多,且有103人;当每个学生都参加某个社团时,同时参加这2个社团的学生最少,且有103+120-200=23人,所以同时参加这2个社团的最多有103名学生,最少有23名学生.; 【解析】由题可知当艺术社团组织的学生都参加体育社团组织时,同时参加这2个社团的人数最多,当每个学生都参加某个社团时,同时参加这2个社团的学生最少. 此题主要考查集合的应用,考查运算求解能力,属于基础题.21.【答案】解:(1)证明:由条件sin(α−β)=12,sin(α+β)=13, 即sinαcosβ−cosαsinβ=12,sinαcosβ+cosαsinβ=13, 解得sinαcosβ=512,cosαsinβ=−112,可得tanαtanβ=-5, 从而可得tanα=-5tanβ,tanα+5tanβ=0得证.(2)由tan(α−β)=tanα−tanβ1+tanαtanβ,可得tanα-tanβ=tan (α-β)(1+tanαtanβ),∴原式=tan(α−β)−tanα+tanβtan 2αtan(α−β)=tan(α−β)−tan(α−β)(1+tanαtanβ)tan 2αtan(α−β)=−tan(α−β)·tanαtanβtan 2αtan(α−β)=−tanβtanα=15.;【解析】(1)由题意,把所给条件利用两角和差的三角公式展开,化简可得结论. (2)由题意,把两角差的正切公式展开变形,代入要求的式子化简,可得结论. 此题主要考查两角和差的三角公式的应用,同角三角函数的基本关系,属于中档题.22.【答案】解:由函数f(x)=cos(ωx +φ)的图象过点(0,12),得f(0)=cosφ=12, 又因为0<φ<π2,所以φ=π3,在①②③三个条件中任选一个,可知最小正周期T =π, 根据T =2π|ω|, 得ω=2,所以f(x)=cos(2x +π3), 由f(α2)=−√22,得cos(α+π3)=−√22, 由α∈(0,π2),得α+π3∈(π3,5π6),所以sin(α+π3)=√1−cos 2(α+π3)=√22, sinα=sin[(α+π3)−π3]=sin(α+π3)cos π3−cos(α+π3)sin π3 =√22×12−(−√22)×√32=√2+√64. ;【解析】此题主要考查三角恒等变换和三角函数的图象和性质,属于中档题. 先由f(0)=12求出φ,由三个条件中任选一个,可知最小正周期T =π,得ω=2,求出f(x) ,结合条件以及同角三角函数关系求得sin(α+π3),再利用两角差的正弦公式即可求解.23.【答案】null; 【解析】(1)由奇函数的性质可得f(0)=0,可求得b 的值,再由f(1)=1可求得a 的值,从而可得a ,b 的值;(2)f(x)在[−1,1]上是增函数,利用增函数的定义即可证明;(3)根据函数的奇偶性与单调性将不等式转化为关于m 的一次不等式,求解即可. 此题主要考查函数奇偶性与单调性的综合,考查不等式的解法,考查转化思想与运算求解能力,属于中档题.24.【答案】AD;【解析】解:对于A :当“a >1”时“1a <1”成立,反之不成立,故“a >1”是“1a <1”的充分不必要条件,故A 正确;对于B :命题“任意x >1,都有x 2<1”的否定是“存在x >1,使得x 2⩾1”故B 不正确; 对于C :x >1,则(x −1)(x +2)>0,但由(x −1)(x +2)>0,不能推出x >1,故“x >1”是“(x −1)(x +2)>0”的充分不必要条件,故C 不正确;对于D :设a ,b ∈R ,则“a ≠0”推不出“ab ≠0”,由“ab ≠0”能够推出“a ≠0”,故“a ≠0”是“ab ≠0”的必要不充分条件,故D 正确. 故选:AD.直接利用充分条件和必要条件,命题的否定,简易逻辑中的相关知识的应用判断A 、B 、C 、D 的结论此题主要考查的知识要点:充分条件和必要条件,命题的否定,简易逻辑,主要考查学生的运算能力和数学思维能力,属于基础题.25.【答案】AC;【解析】解:∵a >1,b >1, ∴ab =1+(a +b)⩽(a+b 2)2(当且仅当a =b >1时,取等号),即(a +b)2−4(a +b)−4⩾0且a +b >2, ∴a +b ⩾2+2√2,∴a +b 有最小值2+2√2,即选项A 正确,B 错误;由ab −(a +b)=1,得ab −1=a +b ⩾2√ab (当且仅当a =b >1时,取等号), 即ab −2√ab −1⩾0且ab>1, ∴ab ⩾3+2√2,∴ab 有最小值3+2√2,即选项C 正确,D 错误. 故选:AC . 由(a +b)⩽(a+b 2)2,可推出a +b 的最小值;由a +b ⩾2√ab ,可推出ab 的最小值.该题考查基本不等式的应用,熟练掌握基本不等式的各种变形是解答该题的关键,考查学生的逻辑推理能力和运算能力,属于基础题.26.【答案】BD;【解析】解:对于A :已知x ,y ∈R ,x >0,y >0,且x +2y =1,所以1x +1y =x+2y x+x+2y y=1+3+2y x+xy ⩾4+2√2,当且仅当x 2=2y 2等号成立,故A 错误;对于B :x 2+y 2=(1−2y)2+y 2=5y 2−4y +1=5(y −25)2+15,当y =25时,最小值为15;故B 正确;对于C :当x =12,y =14时,x−2yx 2+y 2>1不成立,故C 错误;对于D :2x+1+4y =2x+1+22y ⩾2√2x+2y+1=4,当且仅当y =12时,等号成立,故D正确.故选:BD.直接利用不等式的性质和基本不等式的应用判断A、B、C、D的结论.此题主要考查的知识要点:不等式的性质,基本不等式的应用,主要考查学生的运算能力和数学思维能力,属于中档题.27.【答案】BD;【解析】解:因为N∩∁R M=∅,所以N⊆M,所以M∩∁R N≠∅,选项A错误;M∪∁R N=R,选项B正确;∁R M∪∁R N=∁R N,选项C错误;∁R M∩∁R N=∁R M,选项D正确.故选:BD.根据题意知N⊆M,利用交集、并集和补集的定义,判断正误即可.此题主要考查了集合的定义与运算问题,也考查了推理与判断能力,是基础题.28.【答案】BD;【解析】此题主要考查了余弦函数的图象及性质,同角三角函数关系及两角差的余弦公式,属于中档题.根据对称中心与对称轴的最小距离求出周期T,得到ω=2,再根据对称轴方程求出ϕ=−π6,再根据余弦函数的图象及性质对四个选项一一判断即可,选项D先利用同角三角函数关系及二倍角公式化简,再求出f(α+π4).解:由题有T=π,则ω=2,又由对称轴x=π12可得,2×π12+ϕ=kπ,k∈Z,又|ϕ|<π2,则ϕ=−π6,故f(x)=2cos(2x−π6),对于A,因为f(x)+f(5π6−x)=2cos(2x−π6)+2cos(53π−2x−π6)=2cos(2x−π6)−2sin2x=2cos2x cosπ6+2sin2x sinπ6−2sin2x=√3cos2x−sin2x则f(x)+f(5π6−x)=0错误,故A选项不正确.对于B,x∈[π6,π2],则2x−π6∈[π6,5π6],则f(x)∈[−√3,√3],故B选项正确;对于C,f(x)=2cos2(x−π12),应将g(x)=2cos2x的图象向右平移π12个单位,故C选项错误.对于D,sin4α−cos4α=−cos2α=−45,且α∈(0,π2),则2α∈(0,π),故cos2α=45,sin2α=35,而f (α+π4)=2cos (2α+π3)=cos 2α−√3sin 2α=4−3√35,故D 选项正确; 故选BD .。