高考数学百大经典例题——棱锥(新课标)

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▁▂▃▄▅▆▇█▉▊▋▌精诚凝聚 =^_^= 成就梦想 ▁▂▃▄▅▆▇█▉▊▋▌ ▃ ▄ ▅ ▆ ▇ █ █ ■ ▓点亮心灯 ~~~///(^v^)\\\~~~ 照亮人生 ▃ ▄ ▅ ▆ ▇ █ █ ■ ▓ 典型例题一

例1 正六棱锥的底面周长为24,侧面与底面所成角为60,求:(1)棱锥的高;(2)斜高;(3)侧棱长;(4)侧棱与底面所成角. 分析:本题涉及了正棱锥的若干基本量,可以把基本量放置到直角三角形中,由已知量求未知量. 解:正六棱锥的底面周长为24. ∴正六棱锥的底面边长为4. 在正棱锥ABCDEFS-中, 取BC中点H,连SH,BCSH, O是正六边形ABCDEF的中心.

连SO,则SO底面ABCDEF ∴BCOH.

∴SHO是侧面与底面所成二面角的平面角,即60SHO.

(1)在Rt△SOH中,3223BCOH,60SHO, ∴660tanOHSO. (2)同样在△SOH中,斜高342OHSH, (3)Rt△SOH中,6SO,4BCOB. ∴13222OBSOSB. (4)∵SO底面ABCDEF,∴SBO是侧棱与底面所成角, 同样在△SOB中,23tanBOSOSBO,∴23arctanSBO, 说明:在立体几何中,要善于把长度和角度放到三角形中去解决,正棱锥中有关长度、角度主要在两上重要的直角三角形中,本题中的方法也可用于其它正棱锥中.比如:已知正

四棱锥底面边长为a,相邻两侧面所成二面角为120,求正棱锥的高、斜高、侧棱长.正四棱锥相邻侧面是全等的等腰三角形,利用这个性质先落实相邻侧面所成二面的平面角,先

计算侧棱长为a23,然后利用底面边长和侧棱长在两个重要的直角三角形中,计算出高为

a2

1,斜高为a22.

典型例题二 ▁▂▃▄▅▆▇█▉▊▋▌精诚凝聚 =^_^= 成就梦想 ▁▂▃▄▅▆▇█▉▊▋▌ ▃ ▄ ▅ ▆ ▇ █ █ ■ ▓点亮心灯 ~~~///(^v^)\\\~~~ 照亮人生 ▃ ▄ ▅ ▆ ▇ █ █ ■ ▓ 例2 如图所示,正四棱锥ABCDP-棱长均为13,M,N分别是PA,BD上的点,且85:::NDBNMAPM. (1)求证:直线//MN平面PBC; (2)求直线MN与底面ABCD所成角的正弦. 分析:(1)要证明//MN平面PBC,只需证明MN与平面PBC内某一条直线平行.为此连AN并延长交BC于E,连PE.可考虑证明PEMN//.(2)若能

证明PEMN//,则PEO即为直线MN与底面所成的角. 解:(1)连AN并延长交BC于E,再连PE. ∵ADBE//,∴NDBNANEN::, 又MAPMNDBN::, ∴MAPMANEN::, ∴MNPE//, 又PE平面PBC,MN平面PBC,∴//MN平面PBC. (2)设O为底面中心,连PO,EO,则PO平面ABCD.又PEMN//,则PEO为直线MN与平面ABC所成的角.

由85:::NDBNADBE及13AD,得865BE,在△PBE中,60PBE,

13PB,865BE,由余弦定理,得891PE.在Rt△POE中,2213PO,891PE,

则724sinPEPOPEP. 说明:本题(2)若直接求MN与平面ABCD所成的角,计算就比较复杂,而平移为求PE与底面所成的角,计算就易得多.可见,平移是求线线、线面所成角的重要方法.

典型例题三

例3 斜三棱柱111-CBAABC的底面△ABC是直角三角形,90C,侧棱与底面成60

角,点1B在底面的射影D为BC的中点,cm2BC.

(1)求证11BCAB; (2)若CBBA--1为30的二面角,求四棱锥11-BCCBA的体积. 分析:证11BCAB关键在于证出其中一条线垂直于另一条线所在的平面;而求棱锥的体积关键在于求出其底面积和高.这两个问题可由题设及线与线、线与面的位置关系求得. 解:如图所示, ▁▂▃▄▅▆▇█▉▊▋▌精诚凝聚 =^_^= 成就梦想 ▁▂▃▄▅▆▇█▉▊▋▌ ▃ ▄ ▅ ▆ ▇ █ █ ■ ▓点亮心灯 ~~~///(^v^)\\\~~~ 照亮人生 ▃ ▄ ▅ ▆ ▇ █ █ ■ ▓ (1)∵DB1平面ABC, AC底面ABC,

∴DBAC1. ∵BCAC, ∴AC平面BCB1,

∴1BCAC. ∵1B在底面ABC上的射影D为BC的中点,侧棱与底面成60角, ∴四边形11BBCC是菱形, ∴11BCCB, ∴1BC平面1ACB, ∴11ABBC. (2)过C作BBCE1,连结AE. ∵AC平面CCBB11, ∴CE是AE在平面CCBB11上的射影, ∴BBAE1, ∴AEC是二面角CBBA--1的平面角, ∴30AEC. 在Rt△BEC中,360sinBCEC,在Rt△ACE中,由90ACE可得130tan3tanAECECAC.

∴23312121CEACSACE, ∴ACEBACEBBCBAVVV---11 EBSEBSACEACE31311 ▁▂▃▄▅▆▇█▉▊▋▌精诚凝聚 =^_^= 成就梦想 ▁▂▃▄▅▆▇█▉▊▋▌ ▃ ▄ ▅ ▆ ▇ █ █ ■ ▓点亮心灯 ~~~///(^v^)\\\~~~ 照亮人生 ▃ ▄ ▅ ▆ ▇ █ █ ■ ▓ EBEBSACE

13

1

131BBSACE 22331

33.

∴ 3322111--BCBABCCBAVV(体积单位). 说明:证明线线垂直转化成证线面垂直是证明时常用的方法之一,而证线面垂直时又涉及线与线的垂直,因此线与面各种位置关系经常贯穿问题的始终.当遇到一线垂直于一截面,而截面面积又能计算时,将几何体分割成两个体积之和计算也是一种常用的方法.结果便转化成截面与此线相乘的关系,因而使问题得到简化.

典型例题四 例4如图,在三棱锥ABCP-中,PA底面ABC,BCAC,D、G分别是PA和AB的中点,E为PB上一点,且PBBE31,21::ABAP.

(1)求证:EG平面CDG; (2)求截面CDE分棱锥ABCP-所成两部分的体积之比. 分析:由PA底面ABC,可以判定平面PAB平面ABC,且相交于AB,因为G是AB的中点,且ACBC,所以ABCG,于是有CG平面PAB,EGCG.

若证EG平面CDG,只需EG与平面CDG中的另一条直线垂直就可以了.为此,就要从已知的数量关系着手,找到新的线与线的垂直关系. 平面CDE把三棱锥ABCP-分成两部分,显然这两部分具有相同的高线CG.所以,只要找到△PDE和四边形ABED的面积之比,就可以确定两部分的体积之比了. 证明: (1)∵PA平面ABC,且PA平面PAB ∴平面PAB平面ABC,且相交于AB 在△ABC中,∵BCAC,CG是AB边上的中线 ∴ABCG.∴CG平面PAB ∵EG平面PAB,∴CGEG 利用两个平面垂直的性质定理可以证明CG平面PAB 在Rt△PAB和△GEB中

设xPA,则xAB2,xPB3,xBE33,xBG22 ▁▂▃▄▅▆▇█▉▊▋▌精诚凝聚 =^_^= 成就梦想 ▁▂▃▄▅▆▇█▉▊▋▌ ▃ ▄ ▅ ▆ ▇ █ █ ■ ▓点亮心灯 ~~~///(^v^)\\\~~~ 照亮人生 ▃ ▄ ▅ ▆ ▇ █ █ ■ ▓ ∵61322xxPBBG,61233xxABBE ∵PBAGBE,∴△PAB~△GEB ∵90PAB,∴90GEB ∴PBEG.∵PBDG// 利用相似三角形的性质,得到90GEB ∴DGEG ∵GCGDG,∴EG平面CDG.

解:(2)∵APBPDPESPDEsin21

APBPBPASPABsin2

1

∵PAPD21,PBPE32 ∴13sin21sin21APBPEPDAPBPBPASSPDEPAB

∴133131--PDEPABPDECPABCSCGSCGVV三棱锥三棱锥 ∴12---PDECPDECPABCVVV三棱锥三棱锥三棱锥 ∴截面CDE分棱锥ABCP-为两部分,三棱锥PDEC-与四棱锥ABEDC-的体积之比为1:2.

典型例题五 例5四棱锥ABCDP-,侧面PCD是边长为2的正三角形且与底面垂直,底面ABCD是面积为32的菱形,ADC为菱形的锐角.(1)求证:CDPA;(2)求二面角DABP--的大小;(3)求棱锥ABCDP-的侧面积与体积. 分析:取CD中点H,侧面PCD底面ABCD,从而CDPA可利用三垂线定理转化为证明CDHA,线面垂直也为

二面角DABP--平面角的落实创造了有利条件,棱锥的侧面积可通过抓侧面三角形的特殊性来解决. 证明:(1)取CD中点H,连PH、AH,