小题专题练(四) 立体几何
一、选择题
1.如图,正方形ABCD 与矩形ACEF 所在平面互相垂直,AB =2,AF =1,点M 在EF 上且AM ∥平面BDE ,则M 点的坐标为( )
A .(1,1,1) B.??
??
23,23,1 C.??
?
?22,22,1 D.??
?
?24,24,1 2.(2019·贵阳模拟)设m ,n 是两条不同的直线,α,β,γ是三个不同的平面,给出下面四个命题:
①若α⊥β,β⊥γ,则α∥γ;
②若α⊥β,m ?α,n ?β,则m ⊥n ; ③若m ∥α,n ?α,则m ∥n ;
④若α∥β,γ∩α=m ,γ∩β=n ,则m ∥n . 其中正确命题的序号是( ) A .①④ B .①② C .②③④
D .④
3.已知长方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,AA 1=AB =3,AD =1,则异面直线B 1C 和C 1D 所成角的余弦值为( )
A.6
4 B.63 C.26
D.36
4.设α,β是两个不同的平面,l 是直线且l ?α,则“α∥β”是“l ∥β”的( ) A .充分而不必要条件 B .充要而不充分条件 C .充分必要条件
D .既不充分也不必要条件
5.在△ABC 中,AB =2,BC =1.5,∠ABC =120°(如图),若将△ABC 绕直线BC 旋转一周,则形成的旋转体的体积是( )
A.9π2
B.7π2
C.5π2
D.3π2
6.三棱锥A -BCD 中,AB ,BC ,CD 两两垂直,被称为“三节棍”.由该棱锥所有相邻的两个面组成的二面角中,直二面角共有( )
A .2个
B .3个
C .4个
D .5个 7.(2019·郑州市第一次质量预测)已知直三棱柱ABC -A 1B 1C 1的底面为等腰直角三角形,AB ⊥AC ,点M ,N 分别是边AB 1,A 1C 上的动点,若直线MN ∥平面BCC 1B 1,点Q 为线段MN 的中点,则点Q 的轨迹为( )
A .双曲线的一支(一部分)
B .圆弧(一部分)
C .线段(去掉一个端点)
D .抛物线的一部分
8.《九章算术·商功》:“今有堑堵,下广二丈,袤一十八丈六尺,高二丈五尽……”,所谓“堑堵”,就是两底面为直角三角形的棱柱,如图所示的几何体是一个“堑堵”,AA 1⊥平面ABC ,AB =BC =4,AA 1=5,M 是A 1C 1的中点,过点B ,C ,M 的平面把该“堑堵”分为两个几何体,其中一个为三棱台,则该三棱台的表面积为( )
A .40
B .50
C .25+152+329
D .30+20 2
9.如图,已知三棱锥P -ABC 的外接球的球心O 在AB 上,且PO ⊥平面ABC ,AB =2AC ,若三棱锥P -ABC 的体积为9316
,则球O 的表面积为( )
A .9π B.32π3
C .16π
D.9π2
10.(2019·郑州市第二次质量预测)在长方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,AD =DD 1=1,AB =3,E ,F ,G 分别是棱AB ,BC ,CC 1的中点,P 是底面ABCD 内一动点,若直线D 1P 与平面EFG 没有公共点,则△PBB 1面积的最小值为( )
A.3
2 B .1 C.34
D.12
11.(多选)已知m ,n 是不重合的直线,α,β是不重合的平面,则下列命题错误的是( ) A .若m ?α,n ∥α,则m ∥n B .若m ∥α,m ∥β,则α∥β
C .若α∩β=n ,m ∥n ,则m ∥α且m ∥β
D .若m ⊥α,m ⊥β,则α∥β
12.(多选)如图,AC =2R 为圆O 的直径,∠PCA =45°,P A 垂直于圆O 所在的平面,B 为圆周上不与点A ,C 重合的点,AS ⊥PC 于S ,AN ⊥PB 于N ,则下列选项正确的是( )
A .平面ANS ⊥平面PBC
B .平面ANS ⊥平面P AB
C .平面P AB ⊥平面PBC
D .平面ABC ⊥平面P AC
13.(多选)如图,正三棱柱ABC -A 1B 1C 1各棱的长度均相等,D 为AA 1的中点,M ,N 分别是线段BB 1和线段CC 1上的动点(含端点),且满足BM =C 1N ,当M ,N 运动时,下列结论中正确的是( )
A .在△DMN 内总存在与平面ABC 平行的线段
B .平面DMN ⊥平面BC
C 1B 1 C .三棱锥A 1-DMN 的体积为定值
D .△DMN 可能为直角三角形 二、填空题
14.(2019·湖南省湘东六校联考)一个正四面体的侧面展开图如图所示,点G 为BF 的中点,则在该正四面体中,直线EG 与直线BC 所成角的余弦值为________.
15.已知半径为1的球O 中内接一个圆柱,当圆柱的侧面积最大时,球的体积与圆柱的体积的比值为________.
16.一个密闭且透明的正方体容器中装有部分液体,已知该正方体的棱长为2,如果任意转动该正方体容器,液面的形状都不可能是三角形,那么液体体积的取值范围为____________.
17.(2019·贵州遵义第一次联考改编)已知三棱锥S -ABC 中,SA ⊥平面ABC ,且SA =6,AB =4,BC =23,∠ABC =30°,则该三棱锥的体积为________,其外接球的表面积为________.
小题专题练(四) 立体几何
1.解析:选A.由两平面平行的性质定理可知充分性满足,但必要性不满
足.
2.解析:选D.依题意可知,旋转体是一个大圆锥去掉一个小圆锥,所以OA =3,OB =1,所以旋转体的体积为1
3π·(3)2·(OC -OB )=3π2
.
3.解析:选C.因为点M 在EF 上,设ME =x ,
所以M ??
?
?22x ,22x ,1,因为A (2,2,0),D (2,0,0),E (0,0,1),B (0,2,0),
所以ED →=(2,0,-1),EB →
=(0,2,-1), AM →
=????22x -2,22x -2,1.
设平面BDE 的法向量n =(a ,b ,c ), 由?????n ·ED →=0,n ·
EB →=0,得a =b =2
2c .
故可取平面BDE 的一个法向量n =(1,1,2). 因为n ·AM →
=0,所以x =1,所以M ???
?22,22,1.
4.解析:选D.对于①,同垂直于一个平面的两个平面可能相交,命题①错误;对于②,在两个互相垂直的平面内的两条直线可能互相平行,可能相交,也可能异面,命题②错误;对于③,直线m 与n 可能异面,命题③错误;对于④,由面面平行的性质定理知命题④正确.故正确命题的序号是④,选D.
5.解析:选A.如图,连接A 1D ,A 1C 1,由题易知B 1C ∥A 1D ,所以∠C 1DA 1是异面直线B 1C 与C 1D 所成的角,又AA 1=AB =3,AD =1,所以A 1D =2,DC 1=6,A 1C 1=2,由余弦定理,得cos ∠C 1DA 1=C 1D 2+A 1D 2-A 1C 21
2×C 1D ×A 1D
=64,故选A.
6.解析:选B.由AB ⊥平面BCD ,且AB ?平面ABD ,AB ?平面ABC ,得平面ABD ⊥平面BCD ,平面ABC ⊥平面BCD .又CD ⊥平面ABC ,CD ?平面ACD ,故平面ACD ⊥平面ABC ,所以A -BD -C ,A -BC -D ,D -AC -B 都是直二面角. 故选B.
7.解析:选C.如图,分别取AA
1,B 1C 的中点E ,F ,任意作一个与平面BCC 1B 1平行的平面α与AB 1,A 1C 分别交于M ,N ,则MN ∥平面BCC 1B 1.由题意知△ABC 为等腰直角三角形,AB ⊥AC ,则侧面AA 1B 1B 与侧面AA 1C 1C 是两个全等的矩形,且这两个侧面关于过棱AA 1与平面BCC 1B 1垂直的平面是对称的,因此EF 必过MN 的中点Q ,故点Q 的轨迹为线段EF ,但需去掉端点F ,故选C.
8.解析:选C.如图所示,记A
1B 1的中点为N ,连接MN ,则MN ∥BC ,所以过点B ,C ,M 的平面为平面BNMC ,三棱台为A 1MN -ACB ,所以
其表面积S =12×4×4+12×2×2+12×(42+22)×5+12×(4+2)×5+1
2×(4+2)×29=25+
152+329.
9.解析:选A.由于三棱锥P -ABC 的外接球的球心O 在AB 上,故AB 为其外接球的一条直径,因此∠ACB =90°.设球O 的半径为r ,在Rt △ABC 中,AB =2AC =2r ,AC =r ,BC =3r ,所以S △ABC =12r ×3r =3
2r 2.由于P 为球O 上一点,故PO =r ,又PO ⊥平面ABC ,所以
V P -ABC =13PO ·S △ABC =13r ·32r 2=36r 3=9316,解得r =3
2
,所以球O 的表面积为4πr 2=4π×????322
=9π,故选A.
10.解析:选C.记△PBB 1的面积为S .因为P 在底面ABCD 上,所以PB ⊥BB 1,即△PBB 1
为直角三角形,又BB 1=DD 1=1,所以S =12×BB 1×PB =1
2PB ,当线段PB 的长最小时,S 取
得最小值.因为D 1P 与平面EFG 无公共点,所以D 1P ∥平面EFG .如图①,连接AD 1,D 1C ,AC ,易证GF ∥AD 1,EF ∥AC ,又GF ∩EF =F ,AD 1∩AC =A ,所以平面AD 1C ∥平面EFG ,所以D 1P ?平面AD 1C ,所以点P 一定在线段AC 上运动.如图②,当PB ⊥AC 时,线段PB 的长最小,此时PB =AB ·BC AC =32,故(S △PBB 1)min =12×32=3
4
,选C.
11.解析:选ABC.若m ?α,n ∥α,则m 与n 可能平行或异面,故A 错误;若m ∥α,m ∥β,则α与β可能相交或平行,故B 错误;若α∩β=n ,m ∥n ,则m 可能在平面α或β内,故C 错误;若m ⊥α,m ⊥β,根据垂直于同一直线的两个平面平行,故α∥β,故D 正确.
12.解析:选ACD.因为P A ⊥平面ABC ,P A ?平面P AC ,所以平面ABC ⊥平面P AC ,故D 正确;因为B 为圆周上不与A ,C 重合的点,AC 为直径,所以BC ⊥AB ,因为P A ⊥平面ABC ,BC ?平面ABC ,所以BC ⊥P A ,又AB ∩P A =A ,所以BC ⊥平面P AB ,又BC ?平面PBC ,所以平面P AB ⊥平面PBC ,故C 正确;因为AB ⊥BC ,BC ⊥P A ,又P A ∩AB =A ,所以BC ⊥平面P AB ,所以BC ⊥AN ,又因为AN ⊥PB ,PB ∩BC =B ,所以AN ⊥平面PBC ,又AN ?平面ANS ,所以平面ANS ⊥平面PBC ,故A 正确.故选ACD.
13.解析:选ABC.用平行于平面ABC 的平面截平面DMN ,则交线平行于平面ABC ,故A 正确;当M ,N 分别在BB 1,CC 1上运动时,若满足BM =C 1N ,则线段MN 必过正方形BCC 1B 1的中心O ,由DO ⊥平面BCC 1B 1可得平面DMN ⊥平面BCC 1B 1,故B 正确;当M ,N 分别在BB 1,CC 1上运动时,△A 1DM 的面积不变,点N 到平面A 1DM 的距离不变,所以三棱锥N -A 1DM
的体积不变,即三棱锥A 1-DMN 的体积为定值,故C 正确;若△DMN 为直角三角形,则必是以∠MDN 为直角的直角三角形,易证DM =DN ,所以△DMN 为等腰直角三角形,所以DO =OM =ON ,即MN =2DO .设正三棱柱的棱长为2,则DO =3,MN =2 3.因为MN 的最大值为BC 1,BC 1=22,所以MN 不可能为23,所以△DMN 不可能为直角三角形,故D 错误.故选
ABC.
14.解析:该正四面体如图所示,取AD 的中点H ,连接GH ,EH ,则GH ∥AB ,所以∠HGE 为直线EG 与直线BC 所成的角.设该正四面体的棱长为2,则HE =EG =3,GH =1.在△HEG 中,由余弦定理,得cos ∠HGE =HG 2+EG 2-HE 22HG ·EG
=36.
答案:36
15.解析:如图所示,设圆柱的底面半径为r ,则圆柱的侧面积为S =2πr ×21-r 2
=4πr 1-r 2
≤4π×r 2+(1-r 2)
2
=2π(当且仅当
r 2=1-r 2,即r =22时取等号).所以当r =2
2时,V 球V 圆柱=
4π
3×13π????222×2
=42
3
. 答案:423
16.解析:当液面的形状为三角形时,最大三角形即与正方体的一个顶点相邻的三个顶点构成的三角形,这四个顶点构成的三棱锥的体积为13×12×2×2×2=4
3,所以当液体体积小
于或等于43时不满足题意.由对称性,当液体体积大于或等于23-43=20
3时亦不满足题意.综
上所述,液体体积的取值范围是????
43,203.
答案:????
43,203
17.解析:三棱锥的体积V =13×1
2
×23×4×sin 30°×6=4 3.取SB 的中点O ,连接
OA ,OC .因为SA ⊥平面ABC ,AB ?平面ABC ,所以SA ⊥AB ,可得Rt △ASB 中,中线OA =
1
2SB .由AB =4,BC =23,∠ABC =30°,可知AC ⊥BC .又因为SA ⊥BC ,SA ,AC 是平面SAC 内的相交直线,所以BC ⊥平面SAC ,所以BC ⊥SC ,所以Rt △BSC 中,中线OC =1
2SB ,所以
O 是三棱锥S -ABC 的外接球的球心.在Rt △SBA 中,AB =4,SA =6,所以SB =213,则外接球半径R =1
2
SB =13.因此其外接球的表面积S =4πR 2=4π×13=52π.
答案:43 52π
2019年高三数学知识点总结:立体几何 由查字典数学网高中频道提供,2019年高三数学知识点总结:立体几何,因此老师及家长请认真阅读,关注孩子的成长。 立体几何初步 (1)棱柱: 定义:有两个面互相平行,其余各面都是四边形,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。 分类:以底面多边形的边数作为分类的标准分为三棱柱、四棱柱、五棱柱等。 表示:用各顶点字母,如五棱柱或用对角线的端点字母,如五棱柱 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 定义:有一个面是多边形,其余各面都是有一个公共顶点的三角形,由这些面所围成的几何体 分类:以底面多边形的边数作为分类的标准分为三棱锥、四棱锥、五棱锥等 表示:用各顶点字母,如五棱锥 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:
定义:用一个平行于棱锥底面的平面去截棱锥,截面和底面之间的部分 分类:以底面多边形的边数作为分类的标准分为三棱态、四棱台、五棱台等 表示:用各顶点字母,如五棱台 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,其余三边旋转所成的曲面所围成的几何体 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,旋转一周所成的曲面所围成的几何体 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:用一个平行于圆锥底面的平面去截圆锥,截面和底面之间的部分 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。
… 数学立体几何练习题 一、选择题:本大题共8小题,每小题5分,共40分.在每小题给出的四个选项中,只有一个是符合题目要求的. 1.如图,在正方体-A 1B 1C 1D 1中,棱长为a ,M 、N 分别为 A 1 B 和上 的点,A 1M ==,则与平面1C 1C 的位置关系是( ) A .相交 B .平行 C .垂直 D .不能确定 2.将正方形沿对角线折起,使平面⊥平面,E 是中点,则AED ∠的大小为( ) A.45 B.30 C.60 D.90 ] 3.,,是从P 引出的三条射线,每两条的夹角都是60o,则直线 与平面所成的角的余弦值为( ) A .12 B 。 3 C 。 3 D 。 6 4.正方体—A 1B 1C 1D 1中,E 、F 分别是1与1的中点,则直线与D 1F 所成角的余弦值是 A .15 B 。13 C 。12 D 。 3 5. 在棱长为2的正方体1111D C B A ABCD -中,O 是底面的中心,E 、 F 分别是1CC 、的中点,那么异面直线和1FD 所成的角的余弦值等于( ) A . 5 10 B .32 C . 5 5 D . 5 15
6.在正三棱柱1B 1C 1中,若2,A A 1=1,则点A 到平面A 1的距离为( ) A . 4 3 B . 2 3 C . 4 33 D .3 : 7.在正三棱柱1B 1C 1中,若1,则1与C 1B 所成的角的大小为 ( ) o B. 90o o D. 75o 8.设E ,F 是正方体1的棱和D 1C 1的中点,在正方体的12条面对 角线中,与截面A 1成60°角的对角线的数目是( ) A .0 B .2 C .4 D .6 二、填空题:本大题共6小题,每小题5分,共30分. 9.在正方体-A 1B 1C 1D 1中,M 、N 分别为棱1和1的中点,则 〈CM ,1D N 〉的值为. 10.如图,正方体的棱长为1,C 、D 分别是两条棱的中点, A 、B 、M 是顶点, 那么点M 到截面的距离是 . 11.正四棱锥的所有棱长都相等,E 为中点,则直线与截面所成的角为 . 12.已知正三棱柱1B 1C 1的所有棱长都相等,D 是A 1C 1的中点,则 直线与平面B 1所成角的正弦值为 . : 13.已知边长为的正三角形中,E 、F 分别为和的中点,⊥面, 且2,设平面α过且与平行,则与平面α间的距离 A B | D C
2015届高三数学立体几何专题训练 1.(2013·高考新课标全国卷Ⅰ)某几何体的三视图如图所示,则该几何体的体积为( ) A .16+8π B .8+8π C .16+16π D .8+16π 解析:选A. 原几何体为组合体:上面是长方体,下面是圆柱的一半(如图所示),其体积为V =4×2×2+1 2 π×22×4=16+8π. 2.(2013·高考新课标全国卷Ⅰ)如图,有一个水平放置的透明无盖的正方体容器,容器高8 cm ,将一个球放在容器口,再向容器内注水,当球面恰好接触水面时测得水深为6 cm ,如果不计容器厚度,则球的体积为( ) A.500π3 cm 3 B.866π3 cm 3 C.1 372π3 cm 3 D.2 048π3 cm 3 解析:选A. 如图,作出球的一个截面,则MC =8-6=2(cm), BM =12AB =1 2 ×8=4(cm). 设球的半径为R cm ,则R 2=OM 2+MB 2=(R -2)2+42,∴R =5, ∴V 球=43π×53=500π 3 (cm 3). 3.(2013·高考新课标全国卷Ⅱ)已知m ,n 为异面直线,m ⊥平面α,n ⊥平面β.直线l 满足l ⊥m ,l ⊥n ,l ?α,l ?β,则( ) A .α∥β且l ∥α B .α⊥β且l ⊥β
C .α与β相交,且交线垂直于l D .α与β相交,且交线平行于l 解析:选D. 根据所给的已知条件作图,如图所示. 由图可知α与β相交,且交线平行于l ,故选D. 4.(2013·高考大纲全国卷)已知正四棱柱ABC D-A 1B 1C 1D 1中,AA 1=2AB ,则C D 与平面B D C 1所成角的正弦值等于( ) A.23 B.33 C.23 D.13 解析:选A.法一: 如图,连接AC ,交B D 于点O ,由正四棱柱的性质,有AC ⊥B D.因为CC 1⊥平面ABC D ,所以CC 1⊥B D.又CC 1∩AC =C ,所以B D ⊥平面CC 1O .在平面CC 1O 内作CH ⊥C 1O ,垂足为H ,则B D ⊥CH .又B D ∩C 1O =O ,所以CH ⊥平面B D C 1,连接D H ,则D H 为C D 在平面B D C 1上的射影,所以∠C D H 为C D 与平面B D C 1所成的角.设AA 1=2AB =2.在Rt △COC 1中,由 等面积变换易求得CH =23.在Rt △C D H 中,s in ∠C D H =CH CD =2 3 . 法二: 以D 为坐标原点,建立空间直角坐标系,如图,设AA 1=2AB =2,则D(0,0,0),C (0,1,0), B (1,1,0), C 1(0,1,2),则DC →=(0,1,0),DB →=(1,1,0),DC 1→ =(0,1,2). 设平面B D C 1的法向量为n =(x ,y ,z ),则 n ⊥DB →,n ⊥DC 1→ ,所以有????? x +y =0,y +2z =0, 令y =-2,得平面B D C 1的一个法向量为n =(2, -2,1). 设C D 与平面B D C 1所成的角为θ,则s in θ=|co s n ,DC → =???? ??n ·DC →|n ||DC →|=23. 5.(2013·高考大纲全国卷)已知正四棱柱ABC D-A 1B 1C 1D 1中,AA 1=2AB ,则C D 与平面B D C 1所成角的正弦值等于( ) A.23 B.33
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
高中课程复习专题——数学立体几何 一空间几何体 ㈠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。 ㈡几种空间几何体的结构特征 1 棱柱的结构特征 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。 棱柱的分类 棱柱的性质 ⑴侧棱都相等,侧面是平行四边形; ⑵两个底面与平行于底面的截面是全等的多边形; ⑶过不相邻的两条侧棱的截面是平行四边形; ⑷直棱柱的侧棱长与高相等,侧面的对角面是矩形。 长方体的性质 ⑴长方体的一条对角线的长的平方等于一个顶点上三 条棱的平方和:AC12 = AB2 + AC2 + AA12 ⑵长方体的一条对角线AC1与过定点A的三条棱所成图1-2 长方体
的角分别是α、β、γ,那么: cos2α + cos2β + cos2γ = 1 sin2α + sin2β + sin2γ = 2 ⑶ 长方体的一条对角线AC1与过定点A的相邻三个面所组成的角分别为α、β、γ,则: cos2α + cos2β + cos2γ = 2 sin2α + sin2β + sin2γ = 1 棱柱的侧面展开图:正n棱柱的侧面展开图是由n个全等矩形组成的以底面周长和侧棱为邻边的矩形。 棱柱的面积和体积公式 S直棱柱侧面 = c·h (c为底面周长,h为棱柱的高) S直棱柱全 = c·h+ 2S底 V棱柱 = S底·h 2 圆柱的结构特征 2-1 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。 图1-3 圆柱 2-2 圆柱的性质 ⑴上、下底及平行于底面的截面都是等圆; ⑵过轴的截面(轴截面)是全等的矩形。 2-3 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。 2-4 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 r2 V圆柱 = S底h = πr2h 3 棱锥的结构特征 3-1 棱锥的定义 ⑴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。
立体几何 G5 空间中的垂直关系 18.、[2014·广东卷] 如图1-4,四边形ABCD为正方形,PD⊥平面ABCD,∠DPC=30°,AF⊥PC于点F,FE∥CD,交PD于点E. (1)证明:CF⊥平面ADF; (2)求二面角D- AF- E的余弦值. 图1-4 19.、[2014·湖南卷] 如图1-6所示,四棱柱ABCD-A1B1C1D1的所有棱长都相等,AC∩BD =O,A1C1∩B1D1=O1,四边形ACC1A1和四边形BDD1B1均为矩形. (1)证明:O1O⊥底面ABCD; (2)若∠CBA=60°,求二面角C1-OB1-D的余弦值. 19.解:(1)如图(a),因为四边形ACC1A1为矩形,所以CC1⊥AC.同理DD1⊥BD. 因为CC1∥DD1,所以CC1⊥BD.而AC∩BD=O,因此CC1⊥底面ABCD. 由题设知,O1O∥C1C.故O1O⊥底面ABCD. (2)方法一:如图(a),过O1作O1H⊥OB1于H,连接HC1. 由(1)知,O1O⊥底面ABCD O1O⊥A1C1. 又因为四棱柱ABCD-A1B1C1D1的所有棱长都相等,所以四边形A1B1C1D1是菱形, 因此A1C1⊥B1D1,从而A1C1⊥平面BDD1B1,所以A1C1⊥OB1,于是OB1⊥平面O1HC1. 进而OB1⊥C1H.故∠C1HO1是二面角C1-OB1-D的平面角.
不妨设AB =2.因为∠CBA =60°,所以OB =3,OC =1,OB 1=7. 在Rt △OO 1B 1中,易知O 1H =OO 1·O 1B 1OB 1=237.而O 1C 1=1,于是C 1H =O 1C 21+O 1H 2 = 1+12 7 = 197 . 故cos ∠C 1HO 1=O 1H C 1H = 23 7197 =25719. 即二面角C 1-OB 1-D 的余弦值为257 19 . 方法二:因为四棱柱ABCD -A 1B 1C 1D 1的所有棱长都相等,所以四边形ABCD 是菱形,因此AC ⊥BD .又O 1O ⊥底面ABCD ,从而OB ,OC ,OO 1两两垂直. 如图(b),以O 为坐标原点,OB ,OC ,OO 1所在直线分别为x 轴,y 轴,z 轴,建立空间直角坐标系O -xyz ,不妨设AB =2.因为∠CBA =60°,所以OB =3,OC =1,于是相关各点的坐标为O (0,0,0), B 1(3,0,2), C 1(0,1,2). 易知,n 1=(0,1,0)是平面BDD 1B 1的一个法向量. 设n 2=(x ,y ,z )是平面OB 1C 1的一个法向量,则?????n 2·OB →1=0,n 2·OC →1=0,即???3x +2z =0, y +2z =0. 取z =-3,则x =2,y =23,所以n 2=(2,23,-3). 设二面角C 1-OB 1-D 的大小为θ,易知θ是锐角,于是 cos θ=|cos 〈,〉|=??????n 1·n 2|n 1|·|n 2|=2319=25719. 故二面角C 1-OB 1-D 的余弦值为25719 . 19. 、、[2014·江西卷] 如图1-6,四棱锥P - ABCD 中,ABCD 为矩形,平面PAD ⊥平面ABCD . 图1-6 (1)求证:AB ⊥PD .