三年高考2016_2018高考数学试题分项版解析专题24立体几何的位置关系理含解析87
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专题24 立体几何的位置关系考纲解读明方向分析解读 1.会用平面的基本性质证明点共线、线共点、点线共面问题;会用反证法证明有关异面或共面问题.2.会判定和证明两条直线异面;会应用三线平行公理和等角定理及推论解决有关问题,会求两条异面直线所成的角;了解两条异面直线间的距离.3.高考对本节内容的考查常以棱柱、棱锥为依托,求异面直线所成分析解读 1.理解空间直线和平面位置关系的定义;了解直线和平面的位置关系;掌握直线与平面平行的判定定理和性质定理.2.会运用直线与平面及平面与平面的位置关系,以及它们平行的判定定理和性质定理解决简单的应用问题与证明问题.3.推理和证明要严谨、合理、充分.4.高考对本节内容的考查,一般通过对图形或几何体的认识,考查线线平行、线面平行、面面平行之间的转化思想,题型以解答题为主,分值约为5分,属中档题.2018年高考全景展示1.【2018年理新课标I卷】已知正方体的棱长为1,每条棱所在直线与平面α所成的角相等,则α截此正方体所得截面面积的最大值为A. B. C. D.【答案】A【解析】分析:首先利用正方体的棱是3组每组有互相平行的4条棱,所以与12条棱所成角相等,只需与从同一个顶点出发的三条棱所成角相等即可,从而判断出面的位置,截正方体所得的截面为一个正六边形,且边长是面的对角线的一半,应用面积公式求得结果.点睛:该题考查的是有关平面被正方体所截得的截面多边形的面积问题,首要任务是需要先确定截面的位置,之后需要从题的条件中找寻相关的字眼,从而得到其为过六条棱的中点的正六边形,利用六边形的面积的求法,应用相关的公式求得结果.2017年高考全景展示1.【2017江苏,15】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.求证:(1)EF∥平面ABC;(2)AD⊥AC.【答案】(1)见解析(2)见解析【解析】证明:(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 . (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 ,BCAB 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.【考点】线面平行判定定理、线面垂直判定与性质定理,面面垂直性质定理 【名师点睛】垂直、平行关系证明中应用转化与化归思想的常见类型. (1)证明线面、面面平行,需转化为证明线线平行. (2)证明线面垂直,需转化为证明线线垂直. (3)证明线线垂直,需转化为证明线面垂直.2.【2017课标1,理18】如图,在四棱锥P-ABCD 中,AB//CD ,且90BAP CDP ∠=∠=.(1)证明:平面PAB ⊥平面PAD ;(2)若PA =PD =AB =DC ,90APD ∠=,求二面角A -PB -C 的余弦值. 【解析】试题解析:(1)由已知90BAP CDP ∠=∠=︒,得AB ⊥AP ,CD ⊥PD . 由于AB ∥CD ,故AB ⊥PD ,从而AB ⊥平面PAD . 又AB ⊂平面PAB ,所以平面PAB ⊥平面PAD . (2)在平面PAD 内作PF AD ⊥,垂足为F ,由(1)可知,AB ⊥平面PAD ,故AB PF ⊥,可得PF ⊥平面ABCD .以F 为坐标原点,FA 的方向为x 轴正方向,||AB 为单位长,建立如图所示的空间直角坐标系F xyz -.由(1)及已知可得2A ,(0,0,2P ,2B ,(,1,0)2C -.所以(22PC =--,(2,0,0)CB =,2()22PA =-,(0,1,0)AB =. 设(,,)x y z =n 是平面PCB 的法向量,则00PC CB ⎧⋅=⎪⎨⋅=⎪⎩n n,即0220x y z ⎧-+-=⎪⎨=,可取(0,1,=-n .设(,,)x y z =m 是平面PAB 的法向量,则00PA AB ⎧⋅=⎪⎨⋅=⎪⎩m m,即00x z y =⎪=⎩, 可取(1,0,1)=m .则cos ,||||⋅==<>n m n m n m , 所以二面角A PB C --的余弦值为【考点】面面垂直的证明,二面角平面角的求解【名师点睛】高考对空间向量与立体几何的考查主要体现在以下几个方面:①求异面直线所成的角,关键是转化为两直线的方向向量的夹角;②求直线与平面所成的角,关键是转化直线的方向向量和平面的法向量的夹角;③求二面角,关键是转化为两平面的法向量的夹角.建立空间直角坐标系和表示出所需点的坐标是解题的关键.2016年高考全景展示1.【2016高考浙江理数】已知互相垂直的平面αβ,交于直线l .若直线m ,n 满足,m n αβ∥⊥, 则( ) A .m ∥l B .m ∥n C .n ⊥l D .m ⊥n 【答案】C 【解析】试题分析:由题意知,l l αββ=∴⊂,,n n l β⊥∴⊥.故选C .考点:空间点、线、面的位置关系.【思路点睛】解决这类空间点、线、面的位置关系问题,一般是借助长方体(或正方体),能形象直观地看出空间点、线、面的位置关系.2.【2016高考新课标2理数】 ,αβ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 n αβ⊥⊥,那么αβ⊥. (2)如果,//m n αα⊥,那么m n ⊥. (3)如果//,m αβα⊂,那么//m β.(4)如果//,//m n αβ,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 . (填写所有正确命题的编号) 【答案】②③④考点: 空间中的线面关系.【名师点睛】求解本题应注意在空间中考虑线、面关系. 3.【2016高考江苏卷】(本小题满分14分)如图,在直三棱柱ABC -A 1B 1C 1中,D ,E 分别为AB ,BC 的中点,点F 在侧棱B 1B 上,且11B D A F ⊥ ,1111AC A B ⊥.求证:(1)直线DE ∥平面A 1C 1F ;(2)平面B 1DE ⊥平面A 1C 1F .【答案】(1)详见解析(2)详见解析 【解析】试题分析:(1)利用线面平行判定定理证明线面平行,而线线平行的寻找往往结合平几知识,如中位线性质(2)利用面面垂直判定定理证明,即从线面垂直出发给予证明,而线面垂直的证明,往往需要多次利用线面垂直性质与判定定理,如将线线垂直1111AC A B ⊥先转化到线面垂直11AC ⊥平面11ABB A ,从而得到线线垂直111AC B D ⊥,再结合11B D A ⊥F ,转化到线面垂直111C F B D A ⊥平面(2)在直三棱柱111ABC A B C -中,1111AA ⊥平面A B C 因为11AC ⊂平面111A B C ,所以111AA ⊥A C又因为111111*********,,AC A B AA ABB A A B ABB A A B AA A ⊥⊂⊂=,平面平面所以11AC ⊥平面11ABB A因为1B D ⊂平面11ABB A ,所以111AC B D ⊥又因为1111111111111C F,C F,B D A AC A A F A AC A F A ⊥⊂⊂=F ,平面平面所以111C F B D A ⊥平面因为直线11B D B DE ⊂平面,所以1B DE 平面11.AC F ⊥平面 考点:直线与直线、平面与平面位置关系【名师点睛】垂直、平行关系证明中应用转化与化归思想的常见类型. (1)证明线面、面面平行,需转化为证明线线平行. (2)证明线面垂直,需转化为证明线线垂直. (3)证明线线垂直,需转化为证明线面垂直.(4)证明面面垂直,需转化为证明线面垂直,进而转化为证明线线垂直.4.【2016高考新课标2理数】如图,菱形ABCD 的对角线AC 与BD 交于点O ,5,6AB AC ==,点,E F分别在,AD CD 上,54AE CF ==,EF 交BD 于点H .将DEF ∆沿EF 折到D EF '∆位置,OD '= (Ⅰ)证明:D H'⊥平面ABCD ;(Ⅱ)求二面角B D A C '--的正弦值.【答案】(Ⅰ)详见解析;【解析】试题分析:(Ⅰ)证//AC EF ,再证'D H OH ⊥,最后证'D H ABCD ⊥平面;(Ⅱ)用向量法求解. 试题解析:(I )由已知得AC BD ⊥,AD CD =,又由AE CF =得AE CFAD CD=,故//AC EF .因此EF HD ⊥,从而EF D H '⊥.由5AB =,6AC =得04DO B ===.由//EF AC 得14OH AE DO AD ==.所以1OH =,3D H DH '==. 于是1OH =,22223110D H OH D O ''+=+==, 故D H OH '⊥. 又D HEF '⊥,而OH EF H ⋂=,所以D H ABCD '⊥平面.B即222260330x x y z =⎧⎨++=⎩,所以可以取()0,3,1n =-.于是cos ,25||||50m n m n m n ⋅<>===⋅,295sin ,m n <>=.因此二面角B D A C '--的正弦值是25. 考点:线面垂直的判定、二面角.【名师点睛】证明直线和平面垂直的常用方法有:①判定定理;②a ∥b ,a ⊥α⇒b ⊥α;③α∥β,a ⊥α⇒a ⊥β;④面面垂直的性质.线面垂直的性质,常用来证明线线垂直.求二面角最常用的方法就是分别求出二面角的两个面所在平面的法向量,然后通过两个平面的法向量的夹角得到二面角的大小,但要注意结合实际图形判断所求角是锐角还是钝角.。