高三数学 课堂训练7-5人教版
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第7章 第5节时间:45分钟 满分:100分一、选择题(每小题7分,共42分)1.在正方体的八个顶点中,有四个恰好是正四面体的顶点,则此正方体的表面积与正四面体的表面积的比值为( )A. 2B. 3C.62D.33答案:B解析:如图所示的正方体AC 1中,连接面对角线A 1C 1、A 1B 、BC 1、A 1D 、BD 、DC 1,由于四面体C 1-A 1BD 中的各条棱长都相等,可知该四面体为正四面体.设正方体的边长为a ,则正四面体的棱长为2a ,且S △A 1BD =34(2a )2=32a 2.∴S 正方体表S 四面体表=6a 24×S △A 1BD =6a 223a 2= 3. 2.如图,E 、F 分别为正方形ABCD 的边BC 、CD 的中点,沿图中虚线将边长为2的正方形折起来,围成一个三棱锥,则此三棱锥的体积是( )A. 1B. 13 C. 23 D. 32答案:B解析:折叠起来后,B 、C 、D 三点重合为S 点,则围成的三棱锥为S —AEF .这时,SA ⊥SE ,SA ⊥SF ,SE ⊥SF ,且SA =2,SE =SF =1,所以此三棱锥的体积为V =13×12×1×1×2=13.3. [2011·广东]如图1~3,某几何体的正视图(主视图)是平行四边形,侧视图(左视图)和俯视图都是矩形,则该几何体的体积为( )A. 6 3B. 9 3C. 12 3D. 18 3答案:B解析:由几何体的三视图知直观图如右图所示.原几何体为底面ABCD 为矩形的四棱柱,且AB =3,侧面A 1ABB 1⊥底面ABCD ,A 1A =2.过A 1作A 1G ⊥AB 于G ,由三视图知AG =1,A 1D 1=3,A 1G =A 1A 2-AG 2= 3.底面ABCD 的面积S =3×3=9, VABCD -A 1B 1C 1D 1=S ·h =9×3=9 3.4. [2012·石家庄一模]两球O 1和O 2在棱长为1的正方体ABCD —A 1B 1C 1D 1的内部,且互相外切,若球O 1与过点A 的正方体的三个面相切,球O 2与过点C 1的正方体的三个面相切,则球O 1和O 2的表面积之和的最小值为( )A. (6-33)πB. (8-43)πC. (6+33)πD. (8+43)π答案:A解析:设球O 1、球O 2的半径分别为r 1、r 2,则3r 1+r 1+3r 2+r 2=3,r 1+r 2=3-32,从而4π(r 21+r 22)≥4π·(r 1+r 2)22=(6-33)π.故选A.5.正六棱锥P -ABCDEF 中,G 为PB 的中点,则三棱锥D -GAC 与三棱锥P -GAC 体积之比为( )A .1∶1B .1∶2C .2∶1D .3∶2答案:C解析:由题意可知V B -GAC =V P -GAC ,∵三棱锥V B -GAC =V G -BAC ,V D -GAC =V G -ADC ,又∵三棱锥G -BAC 与三棱锥G -ADC 等高,且S △BAC ∶S △ADC =1∶2, 综上可知V D -GAC ∶V P -GAC =2∶1,故选C.6. [2011·全国]已知平面α截一球面得圆M ,过圆心M 且与α成60°二面角的平面β截该球面得圆N .若该球面的半径为4,圆M 的面积为4π,则圆N 的面积为( )A. 7πB. 9πC. 11πD. 13π答案:D解析:由圆M 的面积知圆M 的半径为2,|OM |=42-22=2 3.|ON |=|OM |·sin30°= 3.从而圆N 的半径r =42-3=13,所以圆N 的面积S =πr 2=13π.故选D.二、填空题(每小题7分,共21分)7. [2011·全国新课标]已知两个圆锥有公共底面,且两圆锥的顶点和底面的圆周都在同一个球面上.若圆锥底面面积是这个球面面积的316,则这两个圆锥中,体积较小者的高与体积较大者的高的比值为________.答案:13解析:设球半径为R ,圆锥底面半径为r , 球心O 到圆锥底面的距离d , 则R 2=r 2+d 2. ∴又πr 2=3164πR 2,∴r 2=34R 2,∴d 2=R 2-r 2=14R 2,∴d =12R .∴较小圆锥的高h 1=R -d =12R .较大圆锥高h 2=R +12R =32R ,h 1h 2=13.8.[2010·江西]如图,在三棱锥O -ABC 中,三条棱OA ,OB ,OC 两两垂直,且OA >OB >OC ,分别经过三条棱OA ,OB ,OC 作一个截面平分三棱锥的体积,截面面积依次为S 1,S 2,S 3,则S 1,S 2,S 3的大小关系为________.答案:S 3<S 2<S 1解析:取BC 中点D ,AB 中点E ,AC 中点F ,易知面AOD ,面BOF ,面COE 平分三棱锥的体积. S 1=S △AOD ,S 2=S △BOF ,S 3=S △COE .设OA =a ,OB =b ,OC =c ,则S 1=12a ·OD =12a ·12BC =14a ·b 2+c 2=14a 2b 2+a 2c 2.同理S 2=14a 2b 2+b 2c 2,S 3=14a 2c 2+b 2c 2.∵a >b >c ,∴S 1>S 2>S 3.9. [2011·课标全国]已知矩形ABCD 的顶点都在半径为4的球O 的球面上,且AB =6,BC =23,则棱锥O -ABCD 的体积为__________.答案:8 3解析:如图所示,OO ′垂直于矩形ABCD 所在的平面,垂足为O ′,连接O ′B ,OB ,则在Rt △OO ′B 中,由OB =4,O ′B =23,可得OO ′=2,故V O -ABCD =13S 矩形ABCD ·OO ′=13×6×23×2=8 3.三、解答题(10、11题12分、12题13分)10. [2010·福建]如图,在长方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,E 、H 分别是棱A 1B 1,D 1C 1上的点(点E 与B 1不重合),且EH ∥A 1D 1,过EH 的平面与棱BB 1,CC 1相交,交点分别为F ,G .(1)证明:AD ∥平面EFGH ;(2)设AB =2AA 1=2a .在长方体ABCD -A 1B 1C 1D 1内随机选取一点,记该点取自于几何体A 1ABFE -D 1DCGH 内的概率为p .当点E ,F 分别在棱A 1B 1、B 1B 上运动且满足EF =a 时,求p 的最小值.解:(1)证明:在长方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,AD ∥A 1D 1. 又∵EH ∥A 1D 1,∴AD ∥EH . ∵AD ⃘平面EFGH ,EH 平面EFGH . ∴AD ∥平面EFGH . (2)解:法一:设BC =b ,则长方体ABCD -A 1B 1C 1D 1的体积V =AB ·AD ·AA 1=2a 2b , 几何体EB 1F -HC 1G 的体积V 1=(12EB 1·B 1F )·B 1C 1=b2EB 1·B 1F . ∵EB 21+B 1F 2=a 2,∴EB 1·B 1F ≤EB 21+B 1F22=a 22,当且仅当EB 1=B 1F =22a 时等号成立. 从而V 1≤a 2b4.故p =1-V 1V ≥1-a 2b 42a 2b =78,当且仅当EB 1=B 1F =22a 时等号成立. ∴p 的最小值等于78.法二:设BC =b ,则长方体ABCD -A 1B 1C 1D 1的体积V =AB ·AD ·AA 1=2a 2b , 几何体EB 1F -HC 1G 的体积 V 1=(12EB 1·B 1F )·B 1C 1=b 2EB 1·B 1F .设∠B 1EF =θ(0°≤θ<90°), 则EB 1=a cos θ,B 1F =a sin θ.故EB 1·B 1F =a 2sin θcos θ=a 22sin2θ≤a22,当且仅当sin2θ=1即θ=45°时等号成立. 从而V 1≤a 2b4.∴p =1-V 1V ≥1-a 2b 42a 2b =78,当且仅当sin2θ=1即θ=45°时等号成立.∴p 的最小值等于78.11. 如图所示,平行四边形ABCD 中,∠DAB =60°,AB =2,AD =4.将△CBD 沿BD 折起到△EBD 的位置,使平面EBD ⊥平面ABD.(1)求证:AB ⊥DE ;(2)求三棱锥E -ABD 的侧面积. 解:(1)在△ABD 中,∵AB =2,AD =4,∠DAB =60°,∴BD =AB 2+AD 2-2AB ·AD cos ∠DAB =23, ∴AB 2+BD 2=AD 2,∴AB ⊥BD . 又∵平面EBD ⊥平面ABD ,平面EBD ∩平面ABD =BD ,AB 平面ABD , ∴AB ⊥平面EBD .∵DE 平面EBD ,∴AB ⊥DE .(2)由(1)知AB ⊥BD .∵CD ∥AB ,∴CD ⊥BD ,从而DE ⊥BD . 在Rt △DBE 中,∵DB =23,DE =DC =AB =2, ∴S △DBE =12DB ·DE =2 3.又∵AB ⊥平面EBD ,BE 平面EBD ,∴AB ⊥BE . ∵BE =BC =AD =4,∴S △ABE =12AB ·BE =4.∵DE ⊥BD ,平面EBD ⊥平面ABD ,∴ED ⊥平面ABD , 而AD 平面ABD ,∴ED ⊥AD ,∴S △ADE =12AD ·DE =4.综上,三棱锥E -ABD 的侧面积S =8+2 3.12.两个相同的正四棱锥(底面是正方形,顶点在底面的射影是正方形的中心)底面重合组成一个八面体,可放于棱长为1的正方体中,重合的底面与正方体的某一个面平行,各顶点均在正方体的表面上,把满足上述条件的八面体称为正方体的“正子体”.(1)若正子体的六个顶点分别是正方体各面的中心,求异面直线DE 与CF 所成的角; (2)问此正子体的体积V 是否为定值?若是,求出该定值;若不是,求出体积大小的取值范围.解:(1)依题意,“正子体”任一棱都是正方体相邻两个面中心的连线,因为,“正子体”的所有棱的长均相等,且E 、C 、F 、A 在同一个平面上,即四边形ECF A 为菱形.∴EA ∥CF ,故相交直线DE 与EA 所成的角就是异面直线DE 与CF 所成的角. 由△ADE 为正三角形,得DE 与EA 所成的角为60°. 因此 ,异面直线DE 与CF 所成的角为60°. (2)正子体的体积不是定值.设正方形ABCD 与正方体的截面四边形为A ′B ′C ′D ′,设AA ′=x (0≤x ≤1),则AB ′=1-x ,|AD |2=x 2+(1-x )2=2(x -12)2+12,故S 正方形ABCD =|AD |2∈[12,1],V =13·S 正方形ABCD ·h ·2=13·S 正方形ABCD ·12·2=13S 正方形ABCD ∈[16,13].。