2015届高考数学(文)一轮复习质量检测:5 立体几何 北师大版测试内容:立体几何 (时间:120分钟 满分:150分)一、选择题(本大题共12小题,每小题5分,共60分.在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)1.(2012年大连期末)一几何体的三视图如图所示,已知这个几何体的体积为103,则h =( )A.32B. 3 C .2 3D .5 3解析:分析几何体的三视图,可知该几何体是底面为矩形的四棱锥,体积V =13×5×6×h =103,解得h = 3.答案:B2.设m ,n 是平面α内的两条不同直线;l 1,l 2是平面β内的两条相交直线,则α∥β的一个充分而不必要条件是( )A .m ∥β且l 1∥αB .m ∥l 1且n ∥l 2C .m ∥β且n ∥βD .m ∥β且n ∥l 2解析:⎭⎬⎫l 1∥m m ⊂α⇒l 1∥α,⎭⎬⎫同理l 2∥αl 1与l 2相交l 1,l 2⊂β⇒α∥β. 答案:B3.(2012年郑州质检)一个几何体的三视图及其尺寸如下图所示,其中正(主)视图是直角三角形,侧(左)视图是半圆,俯视图是等腰三角形,则这个几何体的体积是(单位:cm 3)( )A.π2B.π3C.π4D .π解析:依三视图可知,该几何体是半个圆锥,且底面半径为1,高为3,故V =12×⎝ ⎛⎭⎪⎫13×Sh =12×⎝ ⎛⎭⎪⎫13×π×12×3=π2,选A.答案:A4.(2012年杭州质检)将长方体截去一个四棱锥,得到的几何体如图所示,则该几何体的侧视图为()解析:由几何体的直观图可知,侧视图为一矩形(内有从左下到右上的对角线,因为该对角线看不到轮廓线,故用虚线).故选D.答案:D5.(2012年广州高三调研)在正四棱锥V -ABCD 中,底面正方形ABCD 的边长为1,侧棱长为2,则异面直线VA 与BD 所成角的大小为A.π6B.π4C.π3D.π2解析:取BD 的中点O ,则VO ⊥BD ,AC ⊥BD ,所以BD ⊥平面VAC ,则异面直线VA 与BD 所成角的大小为π2.答案:D6.给定下列四个命题:(1)若一个平面内的两条直线与另外一个平面都平行,那么这两个平面相互平行;(2)若一个平面经过另一个平面的垂线,那么这两个平面相互垂直; (3)垂直于同一直线的两条直线相互平行;(4)若两个平面垂直,那么一个平面内与它们的交线不垂直的直线与另一个平面也不垂直.其中为真命题的是( )A .(1)和(2)B .(2)和(3)C .(3)和(4)D .(2)和(4)解析:对于(1),两条直线必须相交,否则不能证明面面平行,错误;对于(3),垂直于同一条直线的两条直线还可能异面,错误;(2)(4)正确.所以选D.答案:D7.如图是一个几何体的正视图、侧视图、俯视图,且正视图、侧视图都是矩形,则该几何体的体积是( )A .24B .12C .8D .4解析:依题意知,该几何体是从一个长方体中挖去一个三棱柱后剩下的几何体,因此其体积等于2×3×4-12×(2×3)×4=12,选B.答案:B8.如图是某一几何体的三视图,则这个几何体的侧面积和体积分别是( )A .82+25+6,8B .22+85+6,8C .42+85+12,16D .82+45+12,16解析:几何体的侧面积有四部分,左侧面面积S 1=12×2×25=25,右侧面面积S 2=12×2×42=42,后侧面面积S 3=12×6×4=12,前侧面面积S 4=12×6×25=65,所以侧面积为S =42+85+12,体积为V =13Sh =13×2×6×4=16,故选C.答案:C9.如图所示,直线P A 垂直于⊙O 所在的平面,△ABC 内接于⊙O ,且AB 为⊙O 的直径,点M 为线段PB 的中点.现有结论:①BC ⊥PC ;②OM ∥平面APC ;③点B 到平面P AC 的距离等于线段BC 的长.其中正确的是( )A .①②B .①②③C .①D .②③解析:对于①,∵P A ⊥平面ABC ,∴P A ⊥BC ,∵AB 为⊙O 的直径,∴BC ⊥AC ,∴BC ⊥平面P AC ,又PC ⊂平面P AC ,∴BC ⊥PC ;对于②,∵点M 为线段PB 的中点,∴OM ∥P A ,∵P A ⊂平面P AC ,∴OM ∥平面P AC ;对于③,由①知BC ⊥平面P AC ,∴线段BC 的长即是点B 到平面P AC 的距离,故①②③都正确.答案:B10.(2012年沈阳质检)如图,正方体AC 1的棱长为1,过点A 作平面A 1BD 的垂线,垂足为点H ,则以下命题中,错误的命题是( )A .点H 是△A 1BD 的垂心B .AH 的延长线经过点C 1 C .AH 垂直平面CB 1D 1D .直线AH 和BB 1所成角为45°解析:计算得AH =33,直线AH 和BB 1所成角为arccos 33,故D 项错误,选项A ,B ,C 是正确的.答案:D11.(2012年唐山模拟)把一个皮球放入如图所示的由8根长均为20 cm 的铁丝接成的四棱锥形骨架内,使皮球的表面与8根铁丝都有接触点,则皮球的半径为( )A .10 3 cmB .10 cmC .10 2 cmD .30 cm解析:该骨架为一个棱长为20 cm 的正四棱锥,设为G -ABCD ,与各棱均相切的球的球心记为O ,则O 在棱锥的高GT 上,如图示,设球半径为R ,与棱GB ,CD 分别交于点H ,M ,设OT =h ,由正四棱锥性质可知,|TM |=12|BC |=10,|BT |=12|BD |=102,|GT |=|GB |2-|BT |2=102,在△OTM 中,有R 2=h 2+102①,由△GHO ∽△GTB 可得|GO ||GB |=|OH ||BT |,即102-h 20=R 102②,联立①②可得R =10或R =30(舍),故选B.答案:B12.在正方形ABCD 中,AB =4,沿对角线AC 将正方形ABCD 折成一个直二面角B -AC -D ,则点B 到直线CD 的距离为( )A .2 2B .3 2C .2 3D .2+2 2解析:如图,取AC 中点E ,连接DE ,BE ,易知∠DEB 是二面角A -DC -B 的平面角,由于两平面垂直,故∠DEB =π2,即平面BE ⊥平面ADC ,过点E 作EF ⊥DC 于F ,连接BF ,则DC ⊥平面BEF ,所以BF ⊥DC ,故线段BF 即为点B 到DC 的距离,由于EF =12AD =2,BE =22,故BF =22+(22)2=2 3.答案:C二、填空题(本大题共4小题,每小题5分,共20分.将答案填在题中的横线上)13.已知正三棱锥的底面边长为2,侧棱长为433,则它的体积为________.解析:如图,在正三棱锥P -ABC 中,由于P A =433,AO =233,在直角三角形P AO 中可得PO =2,故V P -ABC =13×34×22×2=233.答案:23314.如图,已知△ABC 和△BCD 所在平面互相垂直,∠ABC =∠BCD =90°,AB =a ,BC =b ,CD =c ,且a 2+b 2+c 2=1,则三棱锥A -BCD 的外接球的表面积为________.解析:如图所示,可将该三棱锥补体为一个长方体,该长方体的体对角线长即为AD ,由AB =a ,BC =b ,CD =c ,且a 2+b 2+c 2=1,可得该三棱锥外接球即为长方体的外接球的直径为1,其外接球的表面积为S =4π×⎝ ⎛⎭⎪⎫122=π.答案:π15.如果一个几何体的正视图、侧视图、俯视图均为如图所示的面积为2的等腰直角三角形,那么该几何体的表面积等于________.解析:由题可得几何体如图所示,其中AP ⊥PC ,PC ⊥CB ,并且AP =PC =CB =2,PB =AC =22,△PBC ,△P AC 的面积都是2;CB ⊥面P AC ,所以CB ⊥AC ,又AP ⊥面PBC ,所以AP ⊥PB ,进而可求得△P AB ,△ABC 的面积都是22,所以该几何体的表面积等于4+4 2.答案:4+4 216.在三棱锥P -ABC 中,三条侧棱P A ,PB ,PC 两两互相垂直,且P A =PB =PC ,M 为AB 的中点,则PM 与平面ABC 所成角的正弦值为________.解析:如图,将三棱锥补为正方体,由于三棱锥P -ABC 为正三棱锥,故点P 在底面ABC 的射影为其中心N ,连接MN ,则∠PMN 即为直线PM 与平面ABC 所成角,设P A =PB =PC =a ,则PM =22a ,PN =33a ,故sin ∠PMN =PN PM =63.答案:63三、解答题(本大题共6小题,共70分,17题10分,18~22题,每题12分.解答应写出文字说明,证明过程或演算步骤.)17.如图,在直四棱柱ABCD -A 1B 1C 1D 1中,四边形ABCD 是梯形,AD ∥BC ,AC ⊥CD ,E 是AA 1上的一点.(1)求证:CD ⊥平面ACE ;(2)若平面CBE 交DD 1于点F ,求证:EF ∥AD .证明:(1)因为ABCD -A 1B 1C 1D 1为直四棱柱,所以AA 1⊥平面ABCD . 因为CD ⊂平面ABCD ,所以AA 1⊥CD ,即AE ⊥CD .因为AC ⊥CD ,AE ⊂平面AEC ,AC ⊂平面AEC ,AE ∩AC =A ,所以CD ⊥平面AEC .(2)因为AD ∥BC ,AD ⊂平面ADD 1A 1,BC ⊄平面ADD 1A 1,所以BC ∥平面ADD 1A 1.因为BC ⊂平面BCE ,平面BCE ∩平面ADD 1A 1=EF ,所以EF ∥BC . 因为AD ∥BC ,所以EF ∥AD .18.如图,在四棱锥P -ABCD 中,P A ⊥平面ABCD ,底面ABCD 为平行四边形,且AB =1,BC =2,∠ABC =π3,E ,F 分别为AD ,BC 的中点.(1)求证:EF ∥平面PCD ; (2)求证:AC ⊥平面P AB .证明:(1)如图,因为在平行四边形ABCD 中,E ,F 分别为AD ,BC 的中点,所以ED =FC ,ED ∥FC ,可得EFCD 为平行四边形,所以EF ∥CD .又因为EF⊄平面PCD,CD⊂平面PCD,所以EF∥平面PCD.(2)因为P A⊥平面ABCD,AC⊂平面ABCD,故P A⊥AC.在△ABC中,AB=1,BC=2,∠ABC=π3,由余弦定理得AC=AB2+BC2-2AB·BC·cos∠ABC=1+4-2×1×2cos π3= 3.故AB2+AC2=BC2,所以AB⊥AC.而P A∩AB=A,且AB,P A⊂平面P AB,所以AC⊥平面P AB.19.一个多面体的三视图和直观图分别如图(1)(2)所示,其中M、N分别为AB、AC的中点,G是DF上的一动点.(1)求证:GN⊥AC;(2)当FG=GD时,在棱AB上确定一点P,使得GP∥平面FMC,并给出证明.证明:(1)如图,连接DB,可知B,N,D共线,且AC⊥DN.又∵FD⊥AD,FD⊥CD,AD∩CD=D,∴FD⊥平面ABCD.又∵AC⊂平面ABCD,∴FD⊥AC.又∵DN∩FD=D,∴AC⊥平面FDN.又GN⊂平面FDN,∴GN⊥AC.(2)点P与点A重合时,GP∥平面FMC.证明:取FC中点H,连接GH,GA,MH.∵G是DF的中点,∴GH綊12CD.∵M是AB的中点,∴AM綊12CD.∴GH綊AM,∴四边形GHMA是平行四边形.∴GA∥MH.又∵MH⊂平面FMC,GA⊄平面FMC,∴GA∥平面FMC,即GP∥平面FMC.20.(2013年西安质检)如图,在四棱锥P-ABCD中,P A⊥平面ABCD,底面ABCD是菱形,AB=2,∠BAD=60°.(1)求证:BD⊥平面P AC;(2)若P A=PB,求PB与AC所成角的余弦值.解:证明:(1)因为四边形ABCD是菱形,所以AC⊥BD.又因为P A⊥平面ABCD,所以P A⊥BD,而P A∩AC=A,所以BD⊥平面P AC.(2)设AC∩BD=O.因为∠BAD=60°,P A=PB=2,所以BO=1,AO=CO= 3.如图,以O为坐标原点,OB为x轴正方向,OC为y轴正方向,与AP平行的方向为z 轴正方向,建立空间直角坐标系O -xyz ,则点P (0,-3,2),A (0,-3,0),B (1,0,0),C (0,3,0).所以PB →=(1,3,-2),AC →=(0,23,0).设PB 与AC 所成角为θ,则cos θ=⎪⎪⎪⎪⎪⎪PB →·AC →|PB →|·|AC →|=622×23=64.21.(2012年长沙联考)如图,在直三棱柱ABC -A 1B 1C 1中,AC =3,BC =4,AB =5,AA 1=4,点D 是AB 的中点.(1)求证:AC ⊥BC 1;(2)求二面角D -CB 1-B 的平面角的正切值.解:(1)证明:在直三棱柱ABC -A 1B 1C 1中,底面三边长AC =3,BC =4,AB =5.因为AC 2+BC 2=AB 2,所以AC ⊥BC .又AC ⊥C 1C ,且BC ∩C 1C =C ,所以AC ⊥平面BCC 1.又BC 1⊂平面BCC 1,所以AC ⊥BC 1.(2)解法一:取BC 中点E ,过点D 作DF ⊥B 1C 于点F ,连接EF ,ED . 因为D 是AB 中点,所以DE ∥AC ,又AC ⊥平面BB 1C 1C ,所以DE ⊥平面BB 1C 1C .又因为BC 1⊂平面BB 1C 1C ,所以B 1C ⊥DE .而DF ⊥B 1C 且DE ∩DF =D ,所以B 1C ⊥平面DEF ,EF ⊂平面DEF ,所以B 1C ⊥EF ,所以∠EFD 是二面角D -CB 1-B 的平面角.因为AC =3,BC =4,AA 1=4,所以在△DEF 中,DE ⊥EF ,DE =32,EF =2,所以tan ∠EFD =DE EF =322=324. 所以二面角D -CB 1-B 的正切值为324.解法二:以CA ,CB ,CC 1分别为x ,y ,z 轴建立如图所示空间直角坐标系.因为AC =3,BC =4,AA 1=4,所以点A (3,0,0),B (0,4,0),C (0,0,0),D ⎝ ⎛⎭⎪⎫32,2,0,B 1(0,4,4),所以CD →=⎝ ⎛⎭⎪⎫32,2,0,CB 1→=(0,4,4). 平面CBB 1C 1的法向量n 1=(1,0,0),设平面DB 1C 的法向量n 2=(x 0,y 0,z 0),则n 1,n 2的夹角(或其补角)的大小就是二面角D -CB 1-B 的大小.则由⎩⎨⎧ n 2·CD →=0,n 2·CB 1→=0,即⎩⎪⎨⎪⎧ 32x 0+2y 0=0,4y 0+4z 0=0.令x 0=4,则y 0=-3,z 0=3,所以n 2=(4,-3,3).cos 〈n 1,n 2〉=n 1·n 2|n 1|·|n 2|=434,则tan 〈n 1,n 2〉=324. 因为二面角D -CB 1-B 是锐二面角,所以二面角D -CB 1-B 的正切值为324.22.将两块全等的三角板的一对直角边拼接在一起,使得一块三角板的直角边与另一块三角板所在平面垂直,如图,AB =BC =CD =2,∠ABC =∠BCD =90°,E ,F ,G 分别为AB ,BC ,AC 的中点,P 为BD 上的点.(1)当点P 为BD 的中点时,求证:BG ⊥PF ;(2)线段BD 上是否存在点P ,使得二面角B -EF -P 的大小为2π3?若存在,求出BP PD 的值;若不存在,说明理由.解:(1)证明:如图,以B 为坐标原点,以BC ,BA 所在直线为y 轴,z 轴,以过B 作DC 的平行线为x 轴,建立空间直角坐标系,则B (0,0,0),E (0,0,1),F (0,1,0),G (0,1,1),C (0,2,0),D (2,2,0),当点P 为BD 的中点时,P (1,1,0),∴BG →=(0,1,1),FP →=(1,0,0),∴BG →·FP →=0,∴BG ⊥PF .(2)假设线段BD 上存在点P (t ,t,0)(0≤t ≤2),使得二面角B -EF -P 的大小为2π3,由(1)得EF →=(0,1,-1),FP →=(t ,t -1,0).设平面EFP 的一个法向量为n =(x ,y,1),则⎩⎨⎧ n ·EF →=0,n ·FP →=0,即⎩⎨⎧0+y -1=0,tx +(t -1)y =0,解方程组得⎩⎪⎨⎪⎧ x =1-t t ,y =1,从而n =⎝ ⎛⎭⎪⎫1-t t ,1,1, 又取平面BEF 的一个法向量为m =(1,0,0),∴cos 〈m ,n 〉=m ·n |m |·|n |=1-t 3t 2-2t +1;又二面角B -EF -P 的大小为2π3,∴〈m ,n 〉=2π3,故-12=1-t 3t 2-2t +1, 解得t =3±6,经检验不符合题意. 故线段BD 上不存在点P ,使得二面角B -EF -P 的大小为2π3.。