2019_2020学年新教材高中数学课时素养评价二十九直线与直线垂直新人教A版必修2.docx

课时素养评价 二十九 直线与直线垂直(25分钟50分)一、选择题(每小题4分,共16分,多项选择题全选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)1.(2019宿迁高一检测)在正方体ABCD-A1B1C1D1中,M,N分别为棱AD,D1D的中点,则异面直线MN与AC所成的角大小为()A.30B.60C.75D.90【解析】选B.如图,连接AD1,由M,N分别为棱AD,D1D的中点,得MNAD1,所以D1AC即为异面直线MN与AC所成的角,连接D1C,则AD1C为等边三角形,可得D1AC=60.所以异面直线MN与AC所成的角大小为60.2.如图,在直三棱柱ABC-A1B1C1中,ACB=90,AC=4,BC=3,AB=BB1,则异面直线A1B与B1C1所成角的余弦值为()A.210B.25C.3210D.225【解析】选C.因为在直三棱柱ABC-A1B1C1中,ACB=90,AC=4,BC=3,AB=BB1,BCB1C1,所以A1BC是异面直线A1B与B1C1所成角,因为A1B=AA12+AB2=(32+42)+(32+42)=52,A1C=AA12+AC2=(32+42)+16=41,所以cosA1BC=3210.3.如图,在正四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,AB=1,若异面直线A1B与AD1所成角的余弦值为910.则AA1AB的值为()A.3B.52C.2D.32【解析】选A.连接BC1,A1C1,因为AD1BC1,所以异面直线A1B与AD1所成角为A1BC1.令AA1=t,则A1B=BC1=t2+1,A1C1=2.cosA1BC1=(t2+1)2+(t2+1)2-22(t2+1)=2t22(t2+1)=910,所以t2=9,t=3即AA1=3.所以AA1AB=3.4.(多选题)如图,在四面体ABCD中,截面PQMN是正方形,则在下列说法中,正确的为()A.ACBDB.AC截面PQMNC.AC=BDD.异面直线PM与BD所成的角为45【解析】选ABD.因为截面PQMN是正方形,所以PQMN,QMPN,则PQ平面ACD,QM平面BDA,所以PQAC,QMBD,由PQQM可得ACBD,故A正确；由PQAC可得AC截面PQMN,故B正确；异面直线PM与BD所成的角等于PM与QM所成的角,故D正确；综上C是错误的.二、填空题(每小题4分,共8分)5.(2019重庆高一检测)在正三棱柱ABC-A1B1C1中,AB=AA1=2,M,N分别为AA1,BB1的中点,则异面直线BM与C1N所成角的余弦值为_.【解析】如图,连接A1N,则A1NBM,所以A1NC1为异面直线BM与C1N所成角,在正三棱柱ABC-A1B1C1中,因为AB=AA1=2,M,N分别为AA1,BB1的中点,所以A1N=C1N=5,在A1NC1中,由余弦定理可得：cosA1NC1=35.即异面直线BM与C1N所成角的余弦值为35.答案：356.(2019深圳高一检测)如图,正方体ABCD-A1B1C1D1的棱长为1,M为B1C1的中点,连接A1B,D1M,则异面直线A1B和D1M所成角的余弦值为_.【解析】如图,连接CD1,CM,由A1D1BC,A1D1=BC,可得四边形A1BCD1为平行四边形,则A1BCD1,所以CD1M为异面直线A1B和D1M所成角,由正方体ABCD-A1B1C1D1的棱长为1,M为B1C1的中点,得D1M=MC=52,CD1=2.在CMD1中,由余弦定理可得,cosCD1M=105.所以异面直线A1B和D1M所成角的余弦值为105.答案：105三、解答题(共26分)7.(12分)正四棱锥P-ABCD的所有棱长均相等,E是PC的中点,求异面直线BE与PA所成的角的余弦值.【解析】连接AC,BD相交于O,连接OE,则O为AC的中点,因为E是PC的中点,所以OE是PAC的中位线,则OE12PA,则OE与BE所成的角即为异面直线BE与PA所成的角,设四棱锥的棱长为1,则OE=12PA=12,OB=12BD=22,BE=32,则cosOEB=33.8.(14分)如图,四棱锥P-ABCD中,PDDA,PDDC,在底面ABCD中,ABDC,ABAD,又CD=6,AB=AD=PD=3,E为PC的中点.(1)求证：BE平面ADP.(2)求异面直线PA与CB所成角.【解析】(1)取PD的中点为F,连接EF,AF,则在PCD中,EFCD且EF=12CD,由已知ABCD且AB=12CD,所以ABEF且AB=EF,所以四边形ABEF为平行四边形,所以BEAF,而AF平面ADP,BE平面PAD,所以BE平面ADP.(2)取CD中点G,连接AG,PG,所以ABGC且AB=GC,所以四边形ABCG为平行四边形,所以BCAG,所以PAG(或其补角)为PA与CB所成角,由题意得PA=AG=PG=32,所以PAG=60,所以PA与CB所成角为60.(15分钟30分)1.(4分)在长方体ABCD-A1B1C1D1中,AA1=1,AD=2,AB=3,则异面直线AB1与BC1所成的角的余弦值为()A.210B.310C.25D.35【解析】选A.如图,连接AD1,则AD1BC1,所以B1AD1为异面直线AB1与BC1所成的角,因为AA1=1,AD=2,AB=3,所以AB1=10,B1D1=13,AD1=5.在B1AD1中,cosB1AD1=210.所以异面直线AB1与BC1所成的角的余弦值为210.2.(4分)(2019济南高一检测)已知正四面体ABCD,M,N分别是棱AB与CD的中点,则直线MN与直线AC所成角的大小为()A.30B.45C.60D.135【解析】选B.取AD中点为E,连接ME,EN,易得MNE为所求,又易得EMN为等腰直角三角形,所以MNE=45.3.(4分)如图,A1B1C1-ABC是直三棱柱,BCA=90,点D1,F1分别是A1B1,A1C1的中点,若BC=CA=CC1,则BD1与AF1所成角的余弦值是_.【解析】取BC的中点D,连接D1F1,F1D,AD.所以D1BDF1,所以DF1A就是BD1与AF1所成角或其补角.设BC=CA=CC1=2,则AD=5,AF1=5,DF1=6.在DF1A中利用余弦定理可得cosDF1A=3010.答案：30104.(4分)如图,圆柱的轴截面ABCD为正方形,E为的中点,则异面直线AE与BC所成角的余弦值为_.【解析】取BC的中点H,连接EH,AH,EHA=90,设AB=2,则BH=HE=1,AH=5,所以AE=6,连接ED,ED=6,因为BCAD,所以异面直线AE与BC所成角即为EAD,在EAD中cosEAD=66.答案：665.(14分)在直三棱柱ABC-A1B1C1中,AC=AB=AA1,且异面直线AC1与A1B所成的角为60,求证ACAB.【证明】由已知条件,构造直四棱柱ABDC-A1B1D1C1,满足条件AC=AB=AA1,ACC1=90,且异面直线AC1与A1B所成的角为60,连接DC1,AD,如图,则AC1D是异面直线AC1与A1B所成的角,所以AC1D=60,所以AD=AC1=DC1,又AC=AB=AA1,所以ACC1ACD,又ACC1=90,所以ACD=90,所以CAB=90,所以ACAB.【加练固】 在正方体ABCD-A1B1C1D1中,棱AA1=2,E为棱CC1的中点.(1)求异面直线AE与BC1所成角的大小.(2)求三棱锥B1-ADE的体积.【解析】(1)取BC的中点F,连接EF,AF,因为EFBC1,所以AEF(或其补角)为异面直线AE与BC1所成角,又AE=AC2+CE2=3,EF=2,AF=5,所以cosAEF=22,又0AEF,所以异面直线AE与BC1所成角的大小为.(2)取BB1的中点H,连接EH,则EHAD,则VB1-ADE=VE-ADB1=VH-ADB1=VD-AB1H=1312122=23.1.如图,在四面体A-BCD中,AC=BD=a,对棱AC与BD所成的角为60,M,N分别为AB,CD的中点,则线段MN的长为_.【解析】取BC的中点E,连接EN,EM,因为M为AB的中点,所以MEAC,且ME=12AC=a2,同理得,ENBD,且EN=a2,所以MEN或其补角为异面直线AC与BD所成的角,在MEN中,EM=EN,若MEN=60,则MEN为等边三角形,所以MN=a2.若MEN=120,可得MN=32a.答案：a2或32a2.如图,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,O是AC的中点.(1)求证：AD1平面DOC1.(2)求异面直线AD1和OC1所成角的大小.【解析】(1)如图,连接D1C交DC1于点O1,连接OO1,因为O