高考数学分类汇编高考真题+模拟新题立体几何 理.docx
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高考数学分类汇编高考真题+模拟新题立体几何理
G单元立体几何
G1空间几何体的结构
20.、、[2014·安徽卷]如图15,四棱柱ABCDA1B1C1D1中,A1A⊥底面ABCD,四边形ABCD为梯形,AD∥BC,且AD=2BC.过A1,C,D三点的平面记为α,BB1与α的交点为Q.
图15
(1)证明:
Q为BB1的中点;
(2)求此四棱柱被平面α所分成上下两部分的体积之比;
(3)若AA1=4,CD=2,梯形ABCD的面积为6,求平面α与底面ABCD所成二面角的大小.
20.解:
(1)证明:
因为BQ∥AA1,BC∥AD,
BC∩BQ=B,AD∩AA1=A,
所以平面QBC∥平面A1AD,
从而平面A1CD与这两个平面的交线相互平行,
即QC∥A1D.
故△QBC与△A1AD的对应边相互平行,
于是△QBC∽△A1AD,
所以===,即Q为BB1的中点.
(2)如图1所示,连接QA,QD.设AA1=h,梯形ABCD的高为d,四棱柱被平面α所分成上下两部分的体积分别为V上和V下,BC=a,则AD=2a.
图1
V三棱锥QA1AD=×·2a·h·d=ahd,
V四棱锥QABCD=··d·=ahd,
所以V下=V三棱锥QA1AD+V四棱锥QABCD=ahd.
又V四棱柱A1B1C1D1ABCD=ahd,
所以V上=V四棱柱A1B1C1D1ABCD-V下=ahd-ahd=ahd,故=.
(3)方法一:
如图1所示,在△ADC中,作AE⊥DC,垂足为E,连接A1E.
又DE⊥AA1,且AA1∩AE=A,
所以DE⊥平面AEA1,所以DE⊥A1E.
所以∠AEA1为平面α与底面ABCD所成二面角的平面角.
因为BC∥AD,AD=2BC,所以S△ADC=2S△BCA.
又因为梯形ABCD的面积为6,DC=2,
所以S△ADC=4,AE=4.
于是tan∠AEA1==1,∠AEA1=.
故平面α与底面ABCD所成二面角的大小为.
方法二:
如图2所示,以D为原点,DA,分别为x轴和z轴正方向建立空间直角坐标系.
设∠CDA=θ,BC=a,则AD=2a.
因为S四边形ABCD=·2sinθ=6,
所以a=.
图2
从而可得C(2cosθ,2sinθ,0),A1,
所以DC=(2cosθ,2sinθ,0),=.
设平面A1DC的法向量n=(x,y,1),
由
得
所以n=(-sinθ,cosθ,1).
又因为平面ABCD的法向量m=(0,0,1),
所以cos〈n,m〉==,
故平面α与底面ABCD所成二面角的大小为.
8.[2014·湖北卷]《算数书》竹简于上世纪八十年代在湖北省江陵县张家山出土,这是我国现存最早的有系统的数学典籍,其中记载有求“囷盖”的术:
“置如其周,令相乘也.又以高乘之,三十六成一.”该术相当于给出了由圆锥的底面周长L与高h,计算其体积V的近似公式V≈L2h.它实际上是将圆锥体积公式中的圆周率π近似取为3.那么,近似公式V≈L2h相当于将圆锥体积公式中的π近似取为( )
A.B.C.D.
8.B [解析]设圆锥的底面圆半径为r,底面积为S,则L=2πr,由题意得L2h≈Sh,代入S=πr2化简得π≈3;类比推理,若V=L2h,则π≈.故选B.
7.、[2014·辽宁卷]某几何体三视图如图11所示,则该几何体的体积为( )
A.8-2πB.8-πC.8-D.8-
图11
7.B [解析]根据三视图可知,该几何体是正方体减去两个体积相等的圆柱的一部分后余下的部分,故该几何体体积为2×2×2-2××π×2=8-π.
G2空间几何体的三视图和直观图
7.[2014·安徽卷]一个多面体的三视图如图12所示,则该多面体的表面积为( )
A.21+B.8+
C.21D.18
图12
7.A [解析]如图,由三视图可知该几何体是棱长为2的正方体截去两个小三棱锥后余下的部分,其表面积S=6×4-×6+2×××=21+.
2.[2014·福建卷]某空间几何体的正视图是三角形,则该几何体不可能是( )
A.圆柱B.圆锥C.四面体D.三棱柱
2.A [解析]由空间几何体的三视图可知,圆柱的正视图、侧视图、俯视图都不可能是三角形.
5.[2014·湖北卷]在如图11所示的空间直角坐标系Oxyz中,一个四面体的顶点坐标分别是(0,0,2),(2,2,0),(1,2,1),(2,2,2).给出编号为①,②,③,④的四个图,则该四面体的正视图和俯视图分别为( )
图11
A.①和②B.①和③C.③和②D.④和②
5.D [解析]由三视图及空间直角坐标系可知,该几何体的正视图显然是一个直角三角形且内有一条虚线(一锐角顶点与其所对直角边中点的连线),故正视图是④;俯视图是一个钝角三角形,故俯视图是②.故选D.
7.、[2014·湖南卷]一块石材表示的几何体的三视图如图12所示,将该石材切削、打磨,加工成球,则能得到的最大球的半径等于( )
图12
A.1B.2C.3D.4
7.B [解析]由三视图可知,石材为一个三棱柱(相对应的长方体的一半),故可知能得到的最大球为三棱柱的内切球.由题意可知正视图三角形的内切圆的半径即为球的半径,可得r==2.
5.[2014·江西卷]一几何体的直观图如图11所示,下列给出的四个俯视图中正确的是( )
图11
A B C D
图12
5.B [解析]易知该几何体的俯视图为选项B中的图形.
7.、[2014·辽宁卷]某几何体三视图如图11所示,则该几何体的体积为( )
A.8-2πB.8-πC.8-D.8-
图11
7.B [解析]根据三视图可知,该几何体是正方体减去两个体积相等的圆柱的一部分后余下的部分,故该几何体体积为2×2×2-2××π×2=8-π.
3.[2014·浙江卷]几何体的三视图(单位:
cm)如图11所示,则此几何体的表面积是( )
图11
A.90cm2B.129cm2C.132cm2D.138cm2
3.D [解析]此几何体是由长方体与三棱柱组合而成的,其直观图如图,
所以该几何体的表面积为2(4×3+6×3+6×4)+2××3×4+4×3+3×5-3×3=138(cm2),故选D.
12.[2014·新课标全国卷Ⅰ]如图13,网格纸上小正方形的边长为1,粗实线画出的是某多面体的三视图,则该多面体的各条棱中,最长的棱的长度为( )
图13
A.6B.6C.4D.4
12.B [解析]该几何体是如图所示的棱长为4的正方体内的三棱锥E CC1D1(其中E为BB1的中点),其中最长的棱为D1E==6.
6.[2014·新课标全国卷Ⅱ]如图11,网格纸上正方形小格的边长为1(表示1cm),图中粗线画出的是某零件的三视图,该零件由一个底面半径为3cm,高为6cm的圆柱体毛坯切削得到,则切削掉部分的体积与原来毛坯体积的比值为( )
图11
A.B.C.D.
6.C [解析]该零件是一个由两个圆柱组成的组合体,其体积为π×32×2+π×22×4=34π(cm3),原毛坯的体积为π×32×6=54π(cm3),切削掉部分的体积为54π-34π=20π(cm3),故所求的比值为=.
17.[2014·陕西卷]四面体ABCD及其三视图如图14所示,过棱AB的中点E作平行于AD,BC的平面分别交四面体的棱BD,DC,CA于点F,G,H.
(1)证明:
四边形EFGH是矩形;
(2)求直线AB与平面EFGH夹角θ的正弦值.
图14
17.解:
(1)证明:
由该四面体的三视图可知,
BD⊥DC,BD⊥AD,AD⊥DC,
BD=DC=2,AD=1.
由题设,BC∥平面EFGH,
平面EFGH∩平面BDC=FG,
平面EFGH∩平面ABC=EH,
∴BC∥FG,BC∥EH,∴FG∥EH.
同理EF∥AD,HG∥AD,∴EF∥HG.
∴四边形EFGH是平行四边形.
又∵AD⊥DC,AD⊥BD,∴AD⊥平面BDC,
∴AD⊥BC,∴EF⊥FG,
∴四边形EFGH是矩形.
(2)方法一:
如图,以D为坐标原点建立空间直角坐标系,则D(0,0,0),A(0,0,1),B(2,0,0),C(0,2,0),
DA=(0,0,1),BC=(-2,2,0),
BA=(-2,0,1).
设平面EFGH的法向量n=(x,y,z),
∵EF∥AD,FG∥BC,
∴n·DA=0,n·BC=0,
得取n=(1,1,0),
∴sinθ=|cos〈,n〉|===.
方法二:
如图,以D为坐标原点建立空间直角坐标系,
则D(0,0,0),A(0,0,1),B(2,0,0),C(0,2,0),
∵E是AB的中点,∴F,G分别为BD,DC的中点,得E,F(1,0,0),G(0,1,0).
∴=,FG=(-1,1,0),
BA=(-2,0,1).
设平面EFGH的法向量n=(x,y,z),
则n·FE=0,n·FG=0,
得取n=(1,1,0),
∴sinθ=|cos〈,n〉|===.
10.[2014·天津卷]一个儿何体的三视图如图13所示(单位:
m),则该几何体的体积为________m3.
图13
10. [解析]由三视图可得,该几何体为圆柱与圆锥的组合体,其体积V=π×12×4+π×22×2=.
7.[2014·重庆卷]某几何体的三视图如图12所示,则该几何体的表面积为( )
图12
A.54B.60C.66D.72
7.B [解析]由三视图可知该几何体是由一个直三棱柱去掉一个三棱锥所得,三棱柱的底面是一个两直角边长分别为3和4的直角三角形,高为5,截去的锥体的底面是两直角边的边长分别为3和4的直角三角形,高为3,所以表面积为S=×3×4++×4+×5+3×5=60.
G3平面的基本性质、空间两条直线
4.[2014·辽宁卷]已知m,n表示两条不同直线,α表示平面.下列说法正确的是( )
A.若m∥α,n∥α,则m∥n
B.若m⊥α,n⊂α,则m⊥n
C.若m⊥α,m⊥n,则n∥α
D.若m∥α,m⊥n,则n⊥α
4.B [解析]B [解析]由题可知,若m∥α,n∥α,则m与n平行、相交或异面,所以A错误;若m⊥α,n⊂α,则m⊥n,故B正确;若m⊥α,m⊥n,则n∥α或n⊂α,故C错误.若m∥α,m⊥n,则n∥α或n⊥α或n与a相交,故D错误.
17.、、[2014·福建卷]在平面四边形ABCD中,AB=BD=CD=1,AB⊥BD,CD⊥BD.将△ABD沿BD折起,使得平面ABD⊥平面BCD,如图15所示.
(1)求证:
AB⊥CD;
(2)若M为AD中点,求直线AD与平面MBC所成角的正弦值.
图15
17.解:
(1)证明:
∵平面ABD⊥平面BCD,平面ABD∩平面BCD=BD,AB⊂平面ABD,AB⊥BD,∴AB⊥平面BCD.
又CD⊂平面BCD,∴AB⊥CD.
(2)过点B在平面BCD内作BE⊥BD.
由
(1)知AB⊥平面BCD,BE⊂平面BCD,BD⊂平面BCD,∴AB⊥BE,AB⊥BD.
以B为坐标原点,分别以,,的方向为x轴,y轴,z轴的正方向建立空间直角坐标系(如图所示).
依题意,得B(0,0,0),C(1,1,0),D(0,1,0),A(0,0,1),M.
则=(1,1,0),=,=(0,1,-1).
设平面MBC的法向量n=(x0,y0,z0),
则即
取z0=1,得平面MBC的一个法向量n=(1,-1,1).
设直线AD与平面MBC所成角为θ,
则sinθ===.
即直线AD与平面MBC所成角的正弦值为.
11.[2014·新课标全国卷Ⅱ]直三棱柱ABCA1B1C1中,∠BCA=90°,M,N分别是A1B1,A1C1的中点,BC=CA=CC1,则BM与AN所成角的余弦值为( )
A.B.C.D.
11.C [解析]如图,E为BC的中点.由于M,N分别是A1B1,A1C1的中点,故MN∥B1C1且MN=B1C1,故MN綊BE,所以四边形MNEB为平行四边形,所以EN綊BM,所以直线AN,NE所成的角即为直线BM,AN所成的角.设BC=1,则B1M=B1A1=,所以MB===NE,AN=AE=,
在△ANE中,根据余弦定理得cos∠ANE==.
18.,,,[2014·四川卷]三棱锥ABCD及其侧视图、俯视图如图14所示.设M,N分别为线段AD,AB的中点,P为线段BC上的点,且MN⊥NP.
(1)证明:
P是线段BC的中点;
(2)求二面角ANPM的余弦值.
图14
18.解:
(1)如图所示,取BD的中点O,连接AO,CO.
由侧视图及俯视图知,△ABD,△BCD为正三角形,
所以AO⊥BD,OC⊥BD.
因为AO,OC⊂平面AOC,且AO∩OC=O,
所以BD⊥平面AOC.
又因为AC⊂平面AOC,所以BD⊥AC.
取BO的中点H,连接NH,PH.
又M,N,H分别为线段AD,AB,BO的中点,所以MN∥BD,NH∥AO,
因为AO⊥BD,所以NH⊥BD.
因为MN⊥NP,所以NP⊥BD.
因为NH,NP⊂平面NHP,且NH∩NP=N,所以BD⊥平面NHP.
又因为HP⊂平面NHP,所以BD⊥HP.
又OC⊥BD,HP⊂平面BCD,OC⊂平面BCD,所以HP∥OC.
因为H为BO的中点,所以P为BC的中点.
(2)方法一:
如图所示,作NQ⊥AC于Q,连接MQ.
由
(1)知,NP∥AC,所以NQ⊥NP.
因为MN⊥NP,所以∠MNQ为二面角ANPM的一个平面角.
由
(1)知,△ABD,△BCD为边长为2的正三角形,所以AO=OC=.
由俯视图可知,AO⊥平面BCD.
因为OC⊂平面BCD,所以AO⊥OC,因此在等腰直角△AOC中,AC=.
作BR⊥AC于R
因为在△ABC中,AB=BC,所以R为AC的中点,
所以BR==.
因为在平面ABC内,NQ⊥AC,BR⊥AC,
所以NQ∥BR.
又因为N为AB的中点,所以Q为AR的中点,
所以NQ==.
同理,可得MQ=.
故△MNQ为等腰三角形,
所以在等腰△MNQ中,
cos∠MNQ===.
故二面角ANPM的余弦值是.
方法二:
由俯视图及
(1)可知,AO⊥平面BCD.
因为OC,OB⊂平面BCD,所以AO⊥OC,AO⊥OB.
又OC⊥OB,所以直线OA,OB,OC两两垂直.
如图所示,以O为坐标原点,以OB,OC,OA的方向为x轴,y轴,z轴的正方向,建立空间直角坐标系Oxyz.
则A(0,0,),B(1,0,0),C(0,,0),D(-1,0,0).
因为M,N分别为线段AD,AB的中点,
又由
(1)知,P为线段BC的中点,
所以M,N,P,于是AB=(1,0,-),BC=(-1,,0),MN=(1,0,0),NP=.
设平面ABC的一个法向量n1=(x1,y1,z1),
由得即
从而
取z1=1,则x1=,y1=1,所以n1=(,1,1).
设平面MNP的一个法向量n2=(x2,y2,z2),由,
得
即
从而
取z2=1,则y2=1,x2=0,所以n2=(0,1,1).
设二面角ANPM的大小为θ,则cosθ===.
故二面角ANPM的余弦值是.
G4空间中的平行关系
20.、、[2014·安徽卷]如图15,四棱柱ABCDA1B1C1D1中,A1A⊥底面ABCD,四边形ABCD为梯形,AD∥BC,且AD=2BC.过A1,C,D三点的平面记为α,BB1与α的交点为Q.
图15
(1)证明:
Q为BB1的中点;
(2)求此四棱柱被平面α所分成上下两部分的体积之比;
(3)若AA1=4,CD=2,梯形ABCD的面积为6,求平面α与底面ABCD所成二面角的大小.
20.解:
(1)证明:
因为BQ∥AA1,BC∥AD,
BC∩BQ=B,AD∩AA1=A,
所以平面QBC∥平面A1AD,
从而平面A1CD与这两个平面的交线相互平行,
即QC∥A1D.
故△QBC与△A1AD的对应边相互平行,
于是△QBC∽△A1AD,
所以===,即Q为BB1的中点.
(2)如图1所示,连接QA,QD.设AA1=h,梯形ABCD的高为d,四棱柱被平面α所分成上下两部分的体积分别为V上和V下,BC=a,则AD=2a.
图1
V三棱锥QA1AD=×·2a·h·d=ahd,
V四棱锥QABCD=··d·=ahd,
所以V下=V三棱锥QA1AD+V四棱锥QABCD=ahd.
又V四棱柱A1B1C1D1ABCD=ahd,
所以V上=V四棱柱A1B1C1D1ABCD-V下=ahd-ahd=ahd,故=.
(3)方法一:
如图1所示,在△ADC中,作AE⊥DC,垂足为E,连接A1E.
又DE⊥AA1,且AA1∩AE=A,
所以DE⊥平面AEA1,所以DE⊥A1E.
所以∠AEA1为平面α与底面ABCD所成二面角的平面角.
因为BC∥AD,AD=2BC,所以S△ADC=2S△BCA.
又因为梯形ABCD的面积为6,DC=2,
所以S△ADC=4,AE=4.
于是tan∠AEA1==1,∠AEA1=.
故平面α与底面ABCD所成二面角的大小为.
方法二:
如图2所示,以D为原点,DA,分别为x轴和z轴正方向建立空间直角坐标系.
设∠CDA=θ,BC=a,则AD=2a.
因为S四边形ABCD=·2sinθ=6,
所以a=.
图2
从而可得C(2cosθ,2sinθ,0),A1,
所以DC=(2cosθ,2sinθ,0),=.
设平面A1DC的法向量n=(x,y,1),
由
得
所以n=(-sinθ,cosθ,1).
又因为平面ABCD的法向量m=(0,0,1),
所以cos〈n,m〉==,
故平面α与底面ABCD所成二面角的大小为.
17.、[2014·北京卷]如图13,正方形AMDE的边长为2,B,C分别为AM,MD的中点.在五棱锥PABCDE中,F为棱PE的中点,平面ABF与棱PD,PC分别交于点G,H.
(1)求证:
AB∥FG;
(2)若PA⊥底面ABCDE,且PA=AE,求直线BC与平面ABF所成角的大小,并求线段PH的长.
图13
17.解:
(1)证明:
在正方形AMDE中,因为B是AM的中点,所以AB∥DE.
又因为AB⊄平面PDE,
所以AB∥平面PDE.
因为AB⊂平面ABF,且平面ABF∩平面PDE=FG,
所以AB∥FG.
(2)因为PA⊥底面ABCDE,
所以PA⊥AB,PA⊥AE.
建立空间直角坐标系Axyz,如图所示,则A(0,0,0),B(1,0,0),C(2,1,0),P(0,0,2),F(0,1,1),=(1,1,0).
设平面ABF的法向量为n=(x,y,z),则
即
令z=1,则y=-1.所以n=(0,-1,1).
设直线BC与平面ABF所成角为α,则
sinα=|cos〈n,〉|==.
因此直线BC与平面ABF所成角的大小为.
设点H的坐标为(u,v,w).
因为点H在棱PC上,所以可设=λ(0<λ<1).
即(u,v,w-2)=λ(2,1,-2),所以u=2λ,v=λ,w=2-2λ.
因为n是平面ABF的一个法向量,
所以n·=0,
即(0,-1,1)·(2λ,λ,2-2λ)=0,
解得λ=,所以点H的坐标为.
所以PH==2.
19.、、、[2014·湖北卷]如图14,在棱长为2的正方体ABCDA1B1C1D1中,E,F,M,N分别是棱AB,AD,A1B1,A1D1的中点,点P,Q分别在棱DD1,BB1上移动,且DP=BQ=λ(0<λ<2).
(1)当λ=1时,证明:
直线BC1∥平面EFPQ.
(2)是否存在λ,使面EFPQ与面PQMN所成的二面角为直二面角?
若存在,求出λ的值;若不存在,说明理由.
图14
19.解:
方法一(几何方法):
(1)证明:
如图①,连接AD1,由ABCDA1B1C1D1是正方体,知BC1∥AD1.
当λ=1时,P是DD1的中点,又F是AD的中点,所以FP∥AD1,所以BC1∥FP.
而FP⊂平面EFPQ,且BC1⊄平面EFPQ,故直线BC1∥平面EFPQ.
图① 图②
(2)如图②,连接BD.因为E,F分别是AB,AD的中点,所以EF∥BD,且EF=BD.
又DP=BQ,DP∥BQ,
所以四边形PQBD是平行四边形,故PQ∥BD,且PQ=BD,从而EF∥PQ,且EF=PQ.
在Rt△EBQ和Rt△FDP中,因为BQ=DP=λ,BE=DF=1,
于是EQ=FP=,所以四边形EFPQ也是等腰梯形.
同理可证四边形PQMN也是等腰梯形.
分别取EF,PQ,MN的中点为H,O,G,连接OH,OG,
则GO⊥PQ,HO⊥PQ,而GO∩HO=O,
故∠GOH是面EFPQ与面PQMN所成的二面角的平面角.
若存在λ,使面EFPQ与面PQMN所成的二面角为直二面角,则∠GOH=90°.
连接EM,FN,则由EF∥MN,且EF=MN知四边形EFNM是平行四边形.
连接GH,因为H,G是EF,MN的中点,
所以GH=ME=2.
在△GOH中,GH2=4,OH2=1+λ2-=λ2+,
OG2=1+(2-λ)2-=(2-λ)2+,
由OG2+OH2=GH2,得(2-λ)2++λ2+=4,解得λ=1±,
故存在λ=1±,使面EFPQ与面PQMN所成的二面角为直二面角.
方法二(向量方法):
以D为原点,射线DA,DC,DD1分别为x,y,z轴的正半轴建立如图③所示的空间直角坐标系.由已知得B(2,2,0),C1(0,2,2),E(2,1,0),F(1,0,0),P(0,0,λ).
图③
=(-2,0,2),FP=(-1,0,λ),FE=(1,1,0).
(1)证明:
当λ=1时,FP=(-1,0,1),
因为=(-2,0,2),
所以=2,即BC1∥FP.
而FP⊂平面EFPQ,且BC1⊄平面EFPQ,故直线BC1∥平面EFPQ.
(2)设平面EFPQ的一个法向量为n=(x,y,z),则由可得
于是可取n=(λ,-λ,1).
同理可得平面MNPQ的一个法向量为m=(λ-2,2-λ,1).
若存在λ,使面EFPQ与面PQMN所成的二面角为直二面角,
则m·n=(λ-2,2-λ,1)·(λ,-λ,1)=0,
即λ(λ-2)-λ(2-λ)+1=0,解得λ=1±.
故存在λ=1±,使面EFPQ与面PQMN所成的二面角为直二面角.
18.、[2014·新课标全国卷Ⅱ]如图13,四棱锥PABCD中,底面ABCD为矩形,PA⊥平面ABCD,E为PD的中点.
(1)证明:
PB∥平面AEC;
(2)设二面角DAEC为60°,AP=1,AD=,求三棱锥EACD的体积.
图13
18.解:
(1)证明:
连接BD交AC于点O,连接EO.
因为ABCD为矩形,所以O为BD的中点.
又E为PD的中点,所以EO∥PB.
因为EO⊂平面AEC,PB⊄平面AEC,
所以PB∥平面AEC.
(2)因为PA⊥平面ABC