2021-2022年高考数学精英备考专题讲座 第五讲立体几何 第一节空间几何体 文
2021
年高考数学精英备考专题讲座 第五讲立体几何 第一节空间几何体
文
三视图和几何体的结构特征是新课标高考的必考点,.几何体的表面积和体积也是高考命题的重点和热点,几乎年年出现,大多以小题出现,难度不大,大题中也有以三视图为背景条件的求面积.体积及位置关系问题,总体难度一般控制在0.4~0.7之间..
考试要求 (1)认识柱.锥.台.球及其简单组合体的结构特征,并能运用这些特征描述
现
实生活中简单物体的结构;(2)能画出简单空间图形(长方体,球,圆柱,圆锥,棱柱等简单组合体)的三视图,能识别上述三视图所表示的立体模型,会用斜二侧法画出它们的直观图;(3)会用平行投影与中心投影两种方法画出简单空间图形的三视图与直观图,了解空间图形的不同表示形式;(4)会画某些建筑物的视图与直观图(在不影响图形特征的基础上,尺寸.线条等不作严格要求)(5)了解球.棱柱.棱锥.台的表面积和体积的计算公式(不要求记忆公式);
题型一 三视图
例1(1)右图5-1-1,是一个几何体的三视图,根据图中数据,可得该几何体的表面积是( ) A . B . C . D .
俯视图 正(主)视图 侧(左)视图
2
3
2
2
图5-1-1
点拨识别上述三视图表示的立体图形
解从三视图可以看出该几何体是由一个球和一个圆柱体组合而成的简单几何体,其表面积为:
22
411221312.
Sππππ
=?+??+??=,故选D.
易错点对原几何体的下部分(圆柱体)的分析出错,误以为是长方体.
(2)将正三棱柱截去三个角(如图5-1-2所示,分别是三边的中点)得到几何体如图5-1-3,则该几何体按所示方向的侧视图(或称左视图)为()
点拨:底面和HGDE垂直,分析点B的位置
解:在左视图中,E,D两点重合,B,C两点重合,且平面ADE与平面FDE夹角为直角,故选(A).
易错点对于左视图中点B的位置分析不正确.
变式与引申
1.(1)一个体积为的正三棱柱的三视图如图5-1-4所示,
则这个三棱柱的左视图的面积为()
A.B.8 C.D.12
(2)用若干个体积为1的正方体搭成一个几何体,其正视图.
侧视图都是
如图5-1-5所示的图形,则这个几何体的最大体积与最小体积
的差是().
A.6 B.7 C.8 D.9
题型二与球有关组合体
例2 如图5-1-6正三棱锥的高为1,底面边长为,内有一
个球与四个面都相切. 求棱锥的表面积和球的半径.
点拨解决这类题的关键是根据空间想象能力和组合体的特点画出截面图. 解:如图5-1-7过PA与球心O作截面PAE与平面PCB交于PE,与平面ABC交于AE,p
A
B C
o 图5-1-6
因△ABC 是正三角形,易知AE 即是△ABC 中BC 边上的高,又是BC 边上的中线,作为正三棱锥的高PD 通过球心,且D 是三角形△ABC 的重心,据此根据底面边长为,即可算出
()
2
113262,123,
33DE AE PE ==??==+
=
由△POF~△PED,知 ∴ ∴
()
.
36296
24
33622132
+=?+???=+=底侧表S S S
易错点,立体几何问题转化为平面问题解决.,截面图准确画出是最关键,也是容易出错
的地方.
变式与引申
2.如图5-1-8棱长为2的正四面体的四个顶点都在同一个球面上, 若过该球球心的一个截面如图所示,求图中三角形(正四面体的 截面)的面积.
题型三:旋转体问题
例3 一个圆锥的底面半径为2cm ,高为6cm ,其中有一个高为cm 的内接圆柱: (1)求圆锥的侧面积;
(2)当为何值时,圆柱侧面积最大?并求出最大值.
点拨:充分利用轴截面,将立体几何问题转化为平面几何问题,然后注意平 面几何的性质. 例如相似图形对应边成比例.直角三角形的勾股定理等. 解: (1)母线长).(1022622cm l =+=
∴侧面积
(2)如图5-1-9所示,在轴截面图中设圆柱底面半径为,则 ∴
∴ (0<<6)
p
A
E o
F D
图5-1-7
r
x
图5-1-9
≤ 这时即
故当时,圆柱侧面积最大,最大值为
易错点: ①不能建立圆柱的侧面积与的函数关系式;
②忽视的取值范围;
变式与引申
3. 如图5-1-10,△ABC 的三边之长分别是AC=3,BC=3,AB=5. 现以AB 所在的直线为轴,将此三角形旋转一周如图5-1-11,求所得旋转体的表面积和体积
.
题型四 :割补应用
例4如图5-1-12,在多面体ABCDEF 中,已知ABCD 是边长为1的正方形,且△AED.△BCF 均为正三角形,EF∥AB, EF=2,求该多面体的体积.
点拨:这是一个五面体,由于EF 与AB 不等,这个几何体不是很规则,如果我们过AD 作EF 直截面ADM ,过BC 作EF 直截面GBC ,则面ADM∥面GBC.这个五面体就分割成直三棱柱ADM-BCG 和两个三棱锥:E-ADM ,F-BCG.
解:如图5-1-13,过BC 作EF 的直截面BCG ,过AD 作EF 的直截面ADM
则面BCG∥面ADM ,ADM —BCG 为直三棱柱.
B A
C
D
E
F 图5-1-12
F —BC
G 与E —ADM 是体积相等的两个三棱锥, 取BC 中点为O ,由于BCF 为正三角形
11(32)22FO GF =
=-=
∴2
GO =
=
∴1112224
S BC GO ?=
??=??=BCG
∴144ADM BCG V V -==
=1
211223
4212
F BC
G V V -==??
=
∴V V V =+=
=12 易错点;“补”,“割”在解立几问题中是比较重要的思想方法,将不规则几何体怎样“补”,
“割”
成熟悉的几何体是关键,本题如何“割”是易错处.
变式与引申 4.如图5-1-14已知ABCD —A 1B 1C 1D 1是棱长为a 的正方体,
E.F 分别为棱AA 1与CC 1的中点,求四棱锥A 1—EBFD 1的体积.
本节主要考查 (1)知识点有识别三视图和三视图的还原.几何体的结构特征.几何体的面积和体积.(2)技能技巧:割补法.等积变换等.(3)数学思想:数形结合,转化化归的应用以及观察能力,归纳能力,空间想象能力,运算求解能力等基本数学能力.
点 评
(1)三视图是立体几何的重点,也是新课标的一个重点内容,也是高考的热点,主要考察如
何识别三视图和还原成直观图(如例题1);
(2)在分析三视图还原成几何体过程中,还原几何体是要注意①确定三视方向②分析组合体的组成形式,特点③交线位置和虚实;还原数据时要注意对应:主,俯长对正;主,左高平齐;左,俯宽相等.
(3)多面体的表面积是各个面的面积之和.圆柱.圆锥.圆台的侧面是曲面,计算侧面积时需
F E A
B C D
图5-1-14
要将这个曲面展为平面图形计算,而表面积是侧面积与底面圆的面积之和;组合体的表面积应注意重合部分的处理.
(4)求锥体的体积,要选择适当的底面和高,然后应用公式进行计算即可.常用方法为:割补法和等积变换法:割补法:求一个几何体的体积可以将这个几何体分割成几个柱体.锥体,分别求出锥体和柱体的体积,从而得出几何体的体积;等积变换法:利用三棱锥的任一个面可作为三棱锥的底面.①求体积时,可选择容易计算的方式来计算;②利用“等积性”可求“点到面的距离”.
习题5-
1
3. 已知某几何体的俯视图是如图5-1-17所示的矩形,正视图(或称主视图)是一个底边长为8.
高为4的等腰三角形,侧视图(或称左视图)是一个底边长为6.高为4
的等腰三角形.
(1)求该儿何体的体积V;
(2)求该几何体的侧面积S
4. 如图5-1-18所示,等腰△ABC的底边,高CD=3,点E是线段BD上异于点B.D的动点,点F在BC边上,且EF⊥AB现没EF 将△BEF折起到△PEF的位置,使PE⊥AE,记BE=表示四棱锥
图5-1-17
P
B A
D E
P —ACFE 的体积.
(1)求证:面PEF⊥面ACFE ;
(2)求的表达式,并求当为何值时取得最大值?
【答案】
变式与引申: 1.(1)A
提示:设正三棱柱的底边长为,则,解得,又由,解得,所以三棱柱的左视图的面积为,故选A (2)A
提示:由正视图、侧视图可知,体积最小时,底层有3个小正方体,上面有2个,共5个;体积最大时,底层有9个小正方体,上面有2个,共11个,故这个几何体的最大体积与最小体积的差是6.故选A.
2.解:如图5-1-1,ΔABE 为题中的三角形,
由已知得AB=2,BE=,BF=,∴AF=
2248433
AB BF -=-
=,∴ΔABE 的面积为118
32223
S BE AF =??=??=
注:解决这类问题的关键是准确分析出组合体的结构特征,发挥自己的空间想象能力,把立体图和截面图对照分析,找出几何体中的数量关系.与球有关的截面问题为了增加图形的直观性,解题时常常画一个截面圆起衬托作用.
3. 解:如图5-1-2所示,所得的旋转体是两个底面重合的圆锥,高的和为AB=5, 而底面半径为
∴旋转体的表面积为(),AC BC DC S ππ5
84
=
+?=表 图5-1-1
B
C
D
体积为BD CD AD CD V ??+??=
223
1
31ππ 习题5-1
1.B
2.32π
提示:如图5-1-4,设球一条半径与圆柱相应的母线夹角为α,圆柱 侧面积=,当时,
S 取最大值,此时球的表面积与该圆柱的侧面积之差为.
.解:由已知可得该几何体是一个底面为矩形,高为4,顶点在底面的射影是矩形中心的四棱锥V -ABCD ; (1)
(2) 该四棱锥有两个侧面VAD 、VBC 是全等的等腰三角形,且BC 边上的高为, 另两个侧面VAB. VCD 也是全等的等腰三角形,AB 边上的高为 因此11
2(64285)402422
2S =??+??=+
2017年高考立体几何大题(理科)
2017年高考立体几何大题(理科)1、(2017新课标Ⅰ理数)(12分) 如图,在四棱锥P-ABCD中,AB//CD,且90 ∠=∠=. BAP CDP (1)证明:平面PAB⊥平面PAD; (2)若PA=PD=AB=DC,90 ∠=,求二面角A-PB-C的余弦值. APD
2、(2017新课标Ⅱ理)(12分) 如图,四棱锥P -ABCD 中,侧面PAD 为等边三角形且垂 直于底面ABCD ,o 1 ,90,2AB BC AD BAD ABC ==∠=∠= E 是PD 的中点. (1)证明:直线CE ∥平面PAB ; (2)点M 在棱PC 上,且直线BM 与底面ABCD 所成 角为o 45,求二面角M AB D --的余弦值.
3、(2017新课标Ⅲ理数)(12分) 如图,四面体ABCD中,△ABC是正三角形,△ACD是直角三角形,∠ABD=∠CBD,AB=BD. (1)证明:平面ACD⊥平面ABC; (2)过AC的平面交BD于点E,若平面AEC把四面体ABCD分成体积相等的两部分,求二面角D–AE–C的余弦值.
4、(2017理)(本小题14分) 如图,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD为正方形,平面PAD⊥平面ABCD,点M在线段PB上,PD//平面MAC,PA=PD,AB=4.
(I)求证:M为PB的中点; (II)求二面角B-PD-A的大小; (III)求直线MC与平面BDP所成角的正弦值.
5、(2017理)如图,几何体是圆柱的一部分,它是由矩形ABCD (及其部)以AB 边所在直线为旋转轴旋转120?得到的,G 是DF 的中点. (Ⅰ)设P 是CE 上的一点,且AP BE ⊥,求CBP ∠的大小; (Ⅱ)当3AB =,2AD =,求二面角E AG C --的大小.
近五年高考数学(理科)立体几何题目汇总
高考真题集锦(立体几何部分) 1.(2016.理1)如图是由圆柱和圆锥组合而成的几何体的三视图,则该几何体的表面积是( ) A 20π B24π C28π D.32π 2. βα,是两个平面,m,n 是两条直线,有下列四个命题: (1)如果m ⊥n,m ⊥α,n ∥β,那么βα⊥; (2)如果m ⊥α,n ∥α,那么m ⊥n. (3)如果αβα?m ,∥那么m ∥β。 (4)如果m ∥n,βα∥,那么m 与α所成的角和n 与β所成的角相等。 其中正确的命题有___________ 3.(2016年理1)如图,某几何体的三视图是三个半径相等的圆及每个圆中两条互相垂直的半径.若该几何体的体积是π328,则它的表面积是 A 17π B.18π C.20π D.28π 4.平面α过正方体1111D C B A ABCD -的顶点A ,α//平面11D CB ,?α平面ABCD =m , ?α平面11A ABB =n,则m,n 所成角的正弦值为( ) A.23 B.22 C.33 D.3 1 5.(2016年理1)如图,在以A,B,C,D,E,F 为顶点的五面体中,面ABEF 为正方形,AF=2FD ,∠AFD=90°,且二面角D-AF-E 与二面角C-BE-F 都是60° .(12分) (Ⅰ)证明:平面ABEF ⊥平面EFDC ; (Ⅱ)求二面角E-BC-A 的余弦值.
6. (2015年理1)圆柱被一个平面截取一部分后与半球(半径为r )组成一个几何体,该几何体三视图的正视图和俯视图如图所示,若该几何体的表面积是16+20π,则r=( ) A.1 B.2 C.7 D.8 7.如图,四边形ABCD 为菱形,∠ABC=120°,E,F 是平面ABCD 同一侧的亮点,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。 8.一个正方体被一个平面截去一部分后,剩余部分的三视图如下图,则截取部分体积和剩余 部分体积的比值为() 9.如图,长方体1111D C B A ABCD -中,AB = 16,BC = 10,AA1 = 8,点E ,F 分别在1111C D B A , 上,411==F D E A ,过点E,F 的平面α与此长方体的面相交,交线围成一个正方形。 (1)在图中画出这个正方形(不必说明画法和理由); (2)求直线AF 与平面α所成的角的正弦值 10.如图,菱形ABCD 的对角线AC 与BD 交于点O ,AB=5,AC=6,点E,F 分别在AD,CD 上,AE=CF=45 ,EF 交BD 于点H.将△DEF 沿EF 折到△DEF 的位置,OD ’=10 (1)证明:D ’H ⊥平面ABCD (2)求二面角B-D ’A-C 的正弦值
2018年高考立体几何大题练习
1.(14分)如图,在底面是正方形的四棱锥P ABCD -中,PA ⊥面ABCD ,BD 交AC 于点,E F 是PC 中点,G 为AC 上一点。 (Ⅰ)求证:BD ⊥FG ; (Ⅱ)确定点G 在线段AC 上的位置,使FG //平面PBD ,并说明理由; (Ⅲ)当二面角B PC D --的大小为23 π时,求PC 与底面ABCD 所成 角的正切值。 2.(本小题满分14分) 如图,三棱柱111ABC A B C -中,侧面11AA C C ⊥底面ABC ,112,AA AC AC AB BC ====, 且AB BC ⊥,O 为AC 中点. (Ⅰ)证明:1A O ⊥平面ABC ; (Ⅱ)求直线1A C 与平面1A AB 所成角的正弦值; (Ⅲ)在1BC 上是否存在一点E ,使得//OE 平面1A AB ,若不存在,说明理由;若存在, 确定点E 的位置. 1 A B C O A 1 B 1
3.如图1,在直角梯形ABCD 中,AD //BC ,D 2 π ∠BA = ,C 1AB =B =,D 2A =,E 是D A 的中点, O 是C A 与BE 的交点.将?ABE 沿BE 折起到1?A BE 的位置,如图2. (I )证明:CD ⊥平面1C A O ; (II )若平面1A BE ⊥平面CD B E ,求平面1C A B 与平面1CD A 夹角的余弦值. 4.(2016·兰州诊断)如图,在四棱柱1111ABCD A B C D -中,底面ABCD 是等腰梯形,AB ∥ CD ,=21AB BC CD ==,,顶点1D 在底面ABCD 内的射影恰为点C (1)求证:1AD ⊥BC ; (2)若直线1DD 与直线AB 所成的角为3 π ,求平面11ABC D 与平面ABCD 所成角(锐角)的余弦值.
2018届高考数学(理)热点题型:立体几何(含答案解析)
4 42 立体几何 热点一空间点、线、面的位置关系及空间角的计算 空间点、线、面的位置关系通常考查平行、垂直关系的证明,一般出现在解答题的第(1)问,解答题的第(2)问常考查求空间角,求空间角一般都可以建立空间直角坐标系,用空间向量的坐标运算求解. π 【例1】如图,在△ABC中,∠ABC=,O为AB边上一点,且3OB=3OC=2AB,已知PO⊥平面ABC,2DA=2AO=PO,且DA∥PO. (1)求证:平面PBD⊥平面COD; (2)求直线PD与平面BDC所成角的正弦值. (1)证明∵OB=OC,又∵∠ABC= π 4 , ππ ∴∠OCB=,∴∠BOC=. ∴CO⊥AB. 又PO⊥平面ABC, OC?平面ABC,∴PO⊥OC. 又∵PO,AB?平面PAB,PO∩AB=O, ∴CO⊥平面PAB,即CO⊥平面PDB. 又CO?平面COD, ∴平面PDB⊥平面COD. (2)解以OC,OB,OP所在射线分别为x,y,z轴,建立空间直角坐标系,如图所示.
? →·n ? 则 sin θ=? ?|PD||n|? PD BC BD BC BD =? ?= 02+(-1)2+(-1)2× 12+12+32 ? 11 1×0+1×(-1)+3×(-1) 设 OA =1,则 PO =OB =OC =2,DA =1. 则 C(2,0,0),B(0,2,0),P(0,0,2),D(0,-1,1), ∴→=(0,-1,-1),→=(2,-2,0),→=(0,-3,1). 设平面 BDC 的一个法向量为 n =(x ,y ,z), ??n·→=0, ?2x -2y =0, ∴? ∴? ??n·→=0, ?-3y +z =0, 令 y =1,则 x =1,z =3,∴n=(1,1,3). 设 PD 与平面 BDC 所成的角为 θ, ? PD ? → ? ? ? ? 2 22 . 即直线 PD 与平面 BDC 所成角的正弦值为 2 22 11 . 【类题通法】利用向量求空间角的步骤 第一步:建立空间直角坐标系. 第二步:确定点的坐标. 第三步:求向量(直线的方向向量、平面的法向量)坐标. 第四步:计算向量的夹角(或函数值). 第五步:将向量夹角转化为所求的空间角. 第六步:反思回顾.查看关键点、易错点和答题规范. 【对点训练】 如图所示,在多面体 A B D DCBA 中,四边形 AA B B ,ADD A ,ABCD 均为正方 1 1 1 1 1 1 1 形,E 为 B D 的中点,过 A ,D ,E 的平面交 CD 于 F. 1 1 1 1 (1)证明:EF∥B C. 1 (2)求二面角 EA D B 的余弦值. 1 1 (1)证明 由正方形的性质可知 A B ∥AB∥DC,且 A B =AB =DC ,所以四边形 A B CD 为平行 1 1 1 1 1 1