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文档简介
考点17点、直线、平面之间的位置关系(核心考点讲与练)
一、空间中的平行关系
1.平行直线
(1)平行公理
过直线外一点有且只有一条直线和已知直线平行.
(2)基本性质4(空间平行线的传递性)
平行于同一条直线的两条直线互相平行.
(3)定理
如果一个角的两边与另一个角的两边分别对应平行,并且方向相同,那么这两个角相等.
2.直线与平面平行
(1)直线与平面平行的定义
直线/与平面a没有公共点,则称直线/与平面。平行.
(2)判定定理与性质定理
文字语言图形表示符号表示
平面外一条直线与此
a______
平面内的一条直线平阂Q,Zxza,
判定定理
行,则该直线平行于此a//b=^a//a
平面
一条直线和一个平面
平行,则过这条直线的a//a,auB,
性质定理
任一平面与此平面的aAB=b
交线与该直线平行
3.平面与平面平行
(1)平面与平面平行的定义
没有公共点的两个平面叫做平行平面.
(2)判定定理与性质定理
文字语言图形表示符号表示
一个平面内的两条粗
aua,Zxza,adb=P,
判定定理交直线与另一个平面
all万,6〃£=。〃尸
平行,则这两个平面z^7
平行
两个平面平行,则其/X7
中一个平面内的直线4〃£,au£
平行于另一个平面//
性质定理如果两个平行平面同
时和第三个平面相。〃£,czny=a,
交,那么它们的交线£Ay=b=^a//b
平行
二、空间中的垂直关系
1.直线与平面垂直
(1)直线与平面垂直的定义
如果一条直线和一个平面相交于点0,并且和这个平面内过交点(。)的任何直线都垂直,就
说这条直线和这个平面互相垂直.
(2)直线与平面垂直的判定定理及其推论
文字语言图形语言符号语言
auQ、
Zxza
如果一条直线与平面内的两条1
“Gb=O>
判定定理相交直线垂直,则这条直线与
ILa
这个平面垂直7
ILb>
=/_La
如果在两条平行直线中,有一b
a//b\
推论1条垂直于平面,那么另一条直
-J,0)=b_La
线也垂直于这个平面
如果两条直线垂直于同一个平a-La卜己〃b
推论2
面,那么这两条直线平行6_La
2.直线和平面所成的角
(1)定义:一条斜线和它在平面内的射影所成的角叫做斜线和平面所成的角,一条直线垂直
于平面,则它们所成的角是直角;一条直线和平面平行或在平面内,则它们所成的角是0°
的角.
(2)范围:.
3.二面角
(1)定义:从一条直线出发的两个半平面所组成的图形叫做二面角;
(2)二面角的平面角:在二面角的棱上任取一点,以该点为垂足,在两个半平面内分别作垂
直于棱的两条射线,这两条射线所构成的角叫做二面角的平面角.
(3)二面角的范围:[0,n].
4.平面与平面垂直
(1)平面与平面垂直的定义
如果两个相交平面的交线与第三个平面垂直,又这两个平面与第三个平面相交所得两条交线
互相垂直,就称这两个平面互相垂直.
(2)平面与平面垂直的判定定理与性质定理
文字语言图形语言符号语言
如果一个平面过另一个平面的
八一
判定定理一条垂线,则这两个平面互相垂
直Ah
如果两个平面互相垂直,那么在
>
性质定理一个平面内垂直于它们交线的Jan8=a
直线垂直于另一个平面A
=>7±a
1.异面直线的判定方法
定义法
过平面内一点与平面外一点的直线与平面内不
定理法经过该点的直线为异面直线(此结论可作为定
理使用)
凑被强两弟直所示是鼻面直缓,即两面及单行
反证法或相交,由假设的条件出发,经过严密的推理,
:导出矛盾,从而否定假设,肯定两条直线异面
2.求异面直线所成的角的三步曲
GE)。!即依据定义作平行线'作出异面直线所成的角i
[即证明至出的角是异面直线所成的角〜-〜':
,一~^x序三索弦:翥值很值而募五星茶融而加具薪始
([三求或直角,则它就是要求的角,如果求出的角是钝:
[角,则它的补角才是要求的角!
3.线面平行的证明方法
(1)定义法:一般用反证法;
(2)判定定理法:关键是在平面内找(或作)一条直线与已知直线平行,证明时注意用符号
语言叙述证明过程;
(3)性质判定法:即两平面平行时,其中一个平面内的任何直线都平行于另一个平面.
4.构造平行直线的常用方法
(I)构建三角形或梯形的中位线:可直接利用线段的中点、等腰三角形三线合一或利用平
行四边形对角线的交点找中点,从而构建中位线;
(2)构建平行四边形:可以利用已知的平行关系(如梯形的上下底边平行)或构建平行关系(如
构造两条直线同时平行于已知直线),从而构建平行四边形.
应用线面平行的性质定理时,关键是过已知直线作辅助平面与已知平面相交,所得交线与已
知直线平行,还可以利用交线判断已知平面内的直线与已知直线的位置关系,即在已知平面
内所有和交线平行的直线都与已知直线平行,所有和交线相交的直线都与己知直线异面.
5.判定平面与平面平行的4种方法
(1)面面平行的定义,即证两个平面没有公共点(不常用);
(2)面面平行的判定定理(主要方法);
(3)利用垂直于同一条直线的两个平面平行(客观题可用);
(4)利用I平面平行的传递性,两个平面同时平行于第三个平面,那么这两个平面平行(客观
题可用).
利用线面平行或面面平行的性质,可以实现与线线平行的转化,尤其在截面图的画法中,常
用来确定交线的位置.对于线段长或线段比例问题,常用平行线对应线段成比例或相似三角
形来解决.
6.证明直线和平面垂直的常用方法:①判定定理;②垂直于平面的传递性a_La=%,a);
③面面平行的性质(a-La,a〃夕naJ_份;④面面垂直的性质.
7.利用判定定理证明平面与平面垂直的一般方法
先从现有的直线中寻找平面的垂线,若这样的垂线存在,则可通过线面垂直来证明面面垂直;
若这样的垂线不存在,则需通过作辅助线来证明
〈芝曳育〉空间两直线位置关系的判定
1.(2021重庆市缙云教育联盟高三上学期9月月度质量检测)已知直线/,m,平面a,
加ua,那么“U/a”是"〃/"'()
A.充分而不必要条件B.必要而不充分条件
C.充要条件D.既不充分也不必要条件
求异面直线所成的角
1.(2021山东临沂模拟)如图,四边形A8C。和四边形AOPQ均为正方形,它们所在的平面
互相垂直,则异面直线AP与8。所成的角为.
2.(2022河南省十所名校高三)如图,圆锥的底面直径AB=2,其侧面展开图为半圆,底
面圆的弦AO=6,则异面直线AO与8C所成的角的余弦值为()
A.0B.立C.立D.—
342
直线与平面、平面与平面平行的判定与性质
1.(2021海南省三亚华侨学校高三10月月考)正方体ABC。-AIBIGOI中,E、尸分别是
BBi,CG的中点,
(1)证明:直线AE//平面QCG9
(2)求异面直线4E和8厂所成角的余弦值.
2.(2022年高考数学一轮复习讲练测)如图,ABCD与4OEF为平行四边形,M,N,G分
别是A8,AD,EF的中点.
AMB
求证:(1)BE〃平面OMF;
(2)平面BDE〃平面MNG.
多向脸直线与平面、平面与平面垂直的判定与性质
1.(2022河南省联考高三核心模拟卷)在四棱锥产一A3CD中,平面Q43_L平面ABC。,
AB//CD,ZADC=9Q0,8=2AB=2,PA=AD=五,PB=5以为PC的中
点.
(1)求证:PCJ_平面BMD;
(2)求三棱锥的体积
2.(2022年高考数学一轮复习考点微专题)如图所示,在四边形48CD中,
AD//BC,AD=AB,ZBCD=45°,ABAD=90°,将△A8D沿8D折起,使得平面
ABOJ_平面BCD,构成四面体ABC。,则下列说法正确的是()
A.平面平面ABCB.平面ACDL平面BCD
C.平面ABC_L平面BCDD.平面AC£>J_平面ABC
3.(2022年高考数学一轮复习讲练测)如图所示,四边形ABCD中,AD//BC,AD=AB,
ZBCD=45°,ZJ3AD=90°.将”8。沿对角线8。折起,记折起后A的位置为点尸,且使平
面P8O_L平面BCD.
求证:(1)CC_L平面尸8£).
(2)平面PBC_L平面PDC.
百月宝>平行与垂直的综合问题
1.如图,直三棱柱ABC-A18cl中,底面是边长为2的等边三角形,点£>,E分别是BC,
A&的中点.
G
(1)证明:OE〃平面ACG4;
(2)若=证明:GC平面ADE.
1.(2019年全国统一高考数学试卷(新课标II))
设口,夕为两个平面,则&//月的充要条件是
A.a内有无数条直线与月平行
B.1内有两条相交直线与£平行
C.a,夕平行于同一条直线
D.a,夕垂直于同一平面
2.(2019年全国统一高考数学试卷(文科)(新课标IID)如图,点N为正方形ABCD的中
心,AECD为正三角形,平面£CD_L平面A8CRM是线段EO的中点,则
A.BM=EN,且直线是相交直线
B.BM手EN,且直线是相交直线
C.BM=EN,且直线是异面直线
D.BM丰EN,且直线是异面直线
3.(2021年全国高考乙卷数学(文)试题)如图,四棱锥P—A5CD的底面是矩形,PDX.
底面ABC。,/为8c的中点,且尸
(1)证明:平面BAM_L平面尸80;
(2)若尸求四棱锥尸一ABC。的体积.
经典变式练
一、单选题
1.(2022・山东聊城•二模)已知某圆锥的侧面积等于底面的3倍,直线/是底面所在平面内
的一条直线,则该直线/与母线所成的角的余弦值的取值范围为()
2.(2022•北京丰台・二模)已知两条不同的直线/,加与两个不同的平面a,户,则下列结论
中正确的是()
A.若I〃a、m±l,则B.若/J_a,/〃尸,则
C.若IA.m,贝U/〃aD.若a_L£,I±a,则/〃£
3.(2022・重庆八中模拟预测)已知三个平面a,夕,,,其中an/3=a,13y=b,y\a=c,
且ab=P,则下列结论一定成立的是()
A.b,c是异面直线B.bc-PC.h//cD.a与c没有公共点
4.(2022•江西•二模(理))已知平面四边形ABCQ中,AB=AD=BD=4iBC=辰口=4,
现沿80进行翻折,使得A到达4的位置,连接A'C,此时二面角A-BO-C为150。,则
四面体ABC。外接球的半径为()
A26R4将「2万n4V2T
3333
5.(2022•江西景德镇•三模(理))已知正方体48CO-ABCQ的棱长为2,P为正方形ABC。
内的一动点,E、尸分别是棱AA,、棱AQ的中点.若D.PH平面BEF,则的最小值为()
A.逑B.逝C.非D.245
55
6.(2022.河北秦皇岛•二模)如图,在直三棱柱ABC-A耳G中,的=AC=8C=1,A8=血,
D,E分别是A4,CG的中点,则直线8c与平面A8E所成角的正弦值为()
A-TB-Tc-T口.器
7.(2022.湖南永州三模)中国古代数学瑰宝《九章算术》记录形似“楔体”的“羡除”.所谓“羡
除“,就是三个侧面都是梯形或平行四边形(其中最多只有一个平行四边形),两个不平行对
面是三角形的五面体.如图,在羡除ABCDEFrp,四边形ABC。是边长为2的正方形,EAD,
FBC均为正三角形,£F//平面ABC。,且E尸=24?,则羡除ABCDEF的体积为()
8.(2022•浙江嘉兴•二模)如图,已知正方体ABCD-A耳GA的棱长为1,则下列结论中正
确的是()
①若E是直线AC上的动点,则QE〃平面4/G
②若E是直线AC上的动点,则三棱锥E-ABG的体积为定值!
③平面A/G与平面A8CQ所成的锐二面角的大小为£
4
④若F是直线3。上的动点,则RFJLAC
A.①②③B.②③④C.①②④D.①③④
二、多选题
9.(2022•辽宁葫芦岛•一模)如图所示,点A,B,C,M,N为正方体的顶点或所在棱的中
点,则下列满足MN〃平面A8C的是()
10.(2022•辽宁沈阳•二模)在四棱锥P-ABC£>中,底面488为梯形,AB//CD,则()
A.平面心。内任意一条直线都不与BC平行
B.平面PBC内存在无数条直线与平面玄。平行
C.平面PAB和平面PCD的交线不与底面A8C。平行
D.平面力力和平面P8C的交线不与底面4BCD平行
11.(2022•广东惠州•一模)近年来,纳米晶的多项技术和方法在水软化领域均有重要应用.
纳米晶体结构众多,下图是一种纳米晶的结构示意图,其是由正四面体沿棱的三等分点作平
行于底面的截面得到所有棱长均为〃的几何体,则下列说法正确的有()
A.该结构的纳米晶个体的表面积为7G“2
B.该结构的纳米晶个体的体积为史亚/
12
C.该结构的纳米晶个体外接球的表面积为
4
D.二面角A/-A2A3-B3的余弦值为-g
12.(2022・辽宁锦州•一模)如图,在直四棱柱AB8-ABCD中,BCLCD,AB//CD,
BC=6M=A8=A£>=2,点P,Q,R分别在棱Bq,CC,,OR上,若A,P,Q,R
四点共面,则下列结论正确的是()
A.任意点P,都有4尸〃QR
B.存在点P,使得四边形APQR为平行四边形
C.存在点P,使得8C〃平面APQR
D.存在点P,使得△APR为等腰直角三角形
13.(2022•江苏南通•模拟预测)已知正四棱柱A8C£>—A/8/C/Q的底面边为1,侧棱长为a,
M是CC/的中点,则()
A.任意a>0,AiMA-BD
B.存在“>0,直线4G与直线相交
C.平面与底面A由/G。/交线长为定值或
2
D.当a=2时,三棱锥外接球表面积为37r
14.(2022•江苏泰州•模拟预测)在正四棱锥P-A3CD中,点KMS分别是棱PA,PB,PC上
的点,S.PM=xPA,PN=yPB,PS=zPC,其中x,y,zw(0,l],则()
A.当*=y=z时,平面ABC。//平面MNS
B.当x=l,y=;,z=l时,PD〃平面MNS
21i
C.当x=w,y=-,z=-04,点Ow平面MNS
2i
D.当x=§,y=3时,存在zw(o,l],使得平面PAC_L平面MNS
15.(2022.广东广州.二模)如图,圆柱的轴截面A8C。是正方形,E在底面圆周上,
AE=BE,AF_LDE,尸是垂足,G在8。上,DG=2BG,则下列结论中正确的是()
A.AFYBD
B.直线OE与直线AG所成角的余弦值为g
C.直线DE与平面ABCD所成角的余弦值为逅.
6
D.若平面AfGc平面ABE=/,则/〃FG
16.(2022•广东茂名•二模)棱长为4的正方体AB8-ABCQ中,E,1分别为棱AR,M
的中点旦G=X4C(O〈/IW1),则下列说法中正确的有()
A.三棱锥尸-AEG的体积为定值
B.当时,平面EGC截正方体所得截面的周长为6指+如
一2斤
C.直线FG与平面8CG4所成角的正切值的取值范围是年,2a
D.当23时,三棱锥A-EFG的外接球的表面积为153号乃
44
三解答题
17.(2022•青海西宁•一模(文))如图,四棱锥P-A3CO中AB=AQ=2,8=4,AB//CD,
AD_L平面COP,E为PC中点.
⑴证明:3E7/平面以。;
(2)若CP,平面以。,CP=2y/3,求三棱锥的体积.
18.(2022•甘肃兰州•一模(理))已知四棱锥中,底面A8CD为菱形,点E为校
PC上一点(与P、C不重合),点KN分别在棱PD、PB上,平面EMN〃平面ABCD
(1)求证:比>〃平面AWN;
TT
⑵若E为PC中点,PC=BC=BD=2,^PBC=-,PCVBD,求二面角〜MN-A的正
弦值.
19.(2022,海南海口•模拟预测)如图所示的几何体由一个半圆锥和一个三棱锥组合而成,两
个锥体的底面在同一平面内,8C是半圆锥底面的直径,力在底面半圆弧上,且2£>B=OC,
△ABC是等边三角形.
⑴证明:8。平面SAC;
⑵若BC=2,SB=亚,求直线CD与平面SAB所成角的正弦值.
20.(2022•山东潍坊•二模)如图,线段AC是圆。的直径,点B是圆。上异于A,C的点,
AC=2,BC=\,以,底面ABC,M是PB上的动点,且PM=4尸8(0<4<1),N是尸C的
并加以证明;
⑵若平面PBC与平面ABC所成的角町,点M到平面碗的距离是争求2的值.
21.(2022•山东聊城•二模)如图,在四棱锥E-ABCD中,EC,平面ABC。,AS1BC,
△48是等边三角形,AC=2.
B
⑴若AB=1,求证:BC,平面COE;
(2)若二面角E-AB-£)为30。,EC=\,求直线DE与平面ABE所成的角的正弦值.
22.(2022・江西•二模(理))如图所示,在多面体ABCCFE中,A8AB=2ACCOAB=2AC
EF,平面A8C£>JL平面ABEF,AB=AD=AF=2EF=2CD,/CCA=NAFE=90°,M,N分别
为线段BE,CE的中点.
FE
(1)求证:FAIMN;
(2)求平面BO尸与平面8EF所成锐二面角的余弦值.
考点17点、直线、平面之间的位置关系(核心考点讲与练)
二、空间中的平行关系
1.平行直线
(D平行公理
过直线外一点有且只有一条直线和已知直线平行.
(2)基本性质4(空间平行线的传递性)
平行于同一条直线的两条直线互相平行.
(3)定理
如果一个角的两边与另一个角的两边分别对应平行,并且方向相同,那么这两个角相等.
2.直线与平面平行
(1)直线与平面平行的定义
直线/与平面。没有公共点,则称直线/与平面"平行.
(2)判定定理与性质定理
文字语言图形表示符号表示
平面外一条直线与此
平面内的一条直线平a_闻Q,Zxza,
判定定理
行,则该直线平行于此a//b=>a//a
平面
一条直线和一个平面
平行,则过这条直线的a//a,auB,
性质定理
任一平面与此平面的*aCl0=b=>a//b
交线与该直线平行
3.平面与平面平行
(1)平面与平面平行的定义
没有公共点的两个平面叫做平行平面.
(2)判定定理与性质定理
文字语言图形表示符号表示
一个平面内的两条粗
交直线与另一个平面auQ,Zxza,aAb=P,
判定定理
平行,则这两个平面a〃£,6〃£=a〃£
平行
两个平面平行,则其
中一个平面内的直线aHB、aua=a〃£
平行于另一个平面//
性质定理如果两个平行平面同
时和第三个平面相Q〃£,CZAy=a,
交,那么它们的交线£Ay=b=^a//b
平行
三、空间中的垂直关系
1.直线与平面垂直
(1)直线与平面垂直的定义
如果一条直线和一个平面相交于点0,并且和这个平面内过交点(0)的任何直线都垂直,就
说这条直线和这个平面互相垂直.
(2)直线与平面垂直的判定定理及其推论
文字语言图形语言符号语言
aua、
9a
如果一条直线与平面内的两条1
-Gb=O>
判定定理相交直线垂直,则这条直线与
ILa
这个平面垂直7
l±b>
=/_La
如果在两条平行直线中,有一b皿、
推论1条垂直于平面,那么另一条直二=/?_La
线也垂直于这个平面
如果两条直线垂直于同一个平--La
推论2^a//b
面,那么这两条直线平行--La
2.直线和平面所成的角
(1)定义:一条斜线和它在平面内的见影所成的角叫做斜线和平面所成的角,一条直线垂直
于平面,则它们所成的角是直角;一条直线和平面平行或在平面内,则它们所成的角是0°
的角.
JI"
(2)范围:0^_=.
3.二面角
(1)定义:从•条直线出发的两个半平面所组成的图形叫做二面角:
(2)二面角的平面角:在二面角的棱上任取一点,以该点为垂足,在两个半平面内分别作垂
直于棱的两条射线,这两条射线所构成的角叫做二面角的平面角.
(3)二面角的范围:[0,n].
4.平面与平面垂直
(1)平面与平面垂直的定义
如果两个相交平面的交线与第三个平面垂直,又这两个平面与第三个平面相交所得两条交线
互相垂直,就称这两个平面互相垂直.
(2)平面与平面垂直的判定定理与性质定理
文字语言图形语言符号语言
如果一个平面过另一个平面的
/(37±o]
判定定理一条垂线,则这两个平面互相垂C=4夕
直£
如果两个平面互相垂直,那么在luB
>
性质定理一个平面内垂直于它们交线的aGB=a
直线垂直于另一个平面4l±a,
=>7±a
1.异面直线的判定方法
定义法
过平面内一点与平面外一点的直线与平面内不
定理法经过该点的直线为异面直线(此结论可作为定
理使用)
凑便便两渠直线示臭鼻而直缓,即两重双并行
反证法或相交,由假设的条件出发,经过严密的推理,
1导出矛盾,从而否定假设,肯定两条直线异面
2.求异面直线所成的角的三步曲
即依据定义作平行线,作出异面直线所成的角:
[即证明出出的角是异面直线所成的角"':
i解三角形,求出作出的角,如果求出的角是锐角:
;或直角,则它就是要求的角,如果求出的角是钝:
!角,则它的补角才是要求的角
3.线面平行的证明方法
(1)定义法:一般用反证法;
(2)判定定理法:关键是在平面内找(或作)一条直线与已知直线平行,证明时注意用符号
语言叙述证明过程;
(3)性质判定法:即两平面平行时,其中一个平面内的任何直线都平行于另一个平面.
4.构造平行直线的常用方法
(1)构建三角形或梯形的中位线:可直接利用线段的中点、等腰三角形三线合一或利用平
行四边形对角线的交点找中点,从而构建中位线;
(2)构建平行四边形:可以利用己知的平行关系(如梯形的上下底边平行)或构建平行关系(如
构造两条直线同时平行于己知直线),从而构建平行四边形.
应用线面平行的性质定理时,关键是过己知直线作辅助平面与己知平面相交,所得交线与已
知直线平行,还可以利用交线判断已知平面内的直线与已知直线的位置关系,即在已知平面
内所有和交线平行的直线都与已知直线平行,所有和交线相交的直线都与已知直线异面.
5.判定平面与平面平行的4种方法
(1)面面平行的定义,即证两个平面没有公共点(不常用);
(2)面面平行的判定定理(主要方法);
(3)利用垂直于同一条直线的两个平面平行(客观题可用);
(4)利用平面平行的传递性,两个平面同时平行于第三个平面,那么这两个平面平行(客观
题可用).
利用线面平行或面面平行的性质,可以实现与线线平行的转化,尤其在截面图的画法中,常
用来确定交线的位置.对于线段长或线段比例问题,常用平行线对应线段成比例或相似三角
形来解决.
6.证明直线和平面垂直的常用方法:①判定定理;②垂直于平面的传递性〃儿”_La=b_La);
③面面平行的性质(a-La,a.〃归。邛);④面面垂直的性质.
7.利用判定定理证明平面与平面垂直的一般方法
先从现有的直线中寻找平面的垂线,若这样的垂线存在,则可通过线面垂直来证明面面垂直;
若这样的垂线不存在,则需通过作辅助线来证明
1.(2021重庆市缙云教育联盟高三上学期9月月度质量检测)已知直线/,m,平面a,
机ua,那么“ma”是“l//m"()
A.充分而不必要条件B.必要而不充分条件
C.充要条件D.既不充分也不必要条件
【答案】D
【分析】根据线面的位置关系可直接判断出结论.
【详解】因为由〃/a可得〃/机或/4m异面,
由l//m可得H/a或/ua,
所以“〃/a”是“〃/6”的既不充分也不必要条件.
故选:D.
求异面直线所成的角
1.(2021山东临沂模拟)如图,四边形ABC。和四边形4OPQ均为正方形,它们所在的平面
互相垂直,则异面直线AP与8。所成的角为.
【答案】*
【解析】如图,将原图补成正方体ABCC-QGHP,连接GP,则GP〃BD,
所以NAPG为异面直线4P与8。所成的角,在AAGP中,AG=GP=”,
所以NAPG=*
答案:*
2.(2022河南省十所名校高三)如图,圆锥的底面直径AB=2,其侧面展开图为半圆,底
面圆的弦AO=百,则异面直线AO与8C所成的角的余弦值为()
A.°B.qC.手»与
【答案】C
【分析】建立空间直角坐标系,利用空间向量夹角的坐标运算结合异面直线的成角的范围即
可求出结果.
【详解】
在劣弧AO上取AB的中点M,以。为原点,OM为x轴,OB为>轴,Q4为z轴建立
如图所示的空间直角坐标系,
因为圆锥的底面直径AB=2,其侧面展开图为半圆,底面圆的弦AZ)=百,
所以»•3C=2xlx;r,所以BC=2,则CO=g,
所以4(0,-1,0),8(0,1,0),。倒,0,@,0日,;,01
所以AO=
则
ADBC_^x0+|x(-l)+0xV33
cos(A£),BC)d=Jl
阿可柠:唱而一4
故异面直线AO48C所成的角的余弦值为且.
,因为异面直线的成角范围为0,'
4
故选:C.
直线与平面、平面与平面平行的判定与性质
1.(2021海南省三亚华侨学校高三10月月考)正方体ABC。-中,E、尸分别是
BBi,CG的中点,
(2)求异面直线4E和8尸所成角的余弦值.
【答案】(1)证明过程见详解(2)!
5
【分析】(1)连接DFEF,证明AE//DF,然后利用线面平行的判定定理即可证明AE//
平面。CCQ
(2)连接AC-则NAEG或其补角为异面直线AE和8厂所成角,利川余弦定理求
出异面直线所成角的余弦值即可
【详解】(I)证明:连接。/,EF,
在正方形8CG片中,E、F分别是8以,CG的中点,所以EF//BC,且上尸=BC,
在正方形ABC。中,AD//BC,&AD=BC,所以AO//E/L且4。=所,所以四边
形AEFD为平行四边形,
则有AE//0E,因为小u平面。CGA,AEZ平面。CC2,
所以AE//平面。CCQ.
(2)连接EC-AC-
则在正方形BCC#中,因为E、F分别是8所,CG的中点,
所以有BE=FJ
所以四边形为平行四边形,则有Eg//BF,
所以NAEG或其补角为异面直线AE和8尸所成角
设正方体边长为2,则AE=百,EC,=75,AG=26,
所以cos=5+5-12」,由于异面直线所成角为锐角或者直角
2x55
所以异面直线AE和BF所成角的余弦值为:
2.(2022年高考数学一轮复习讲练测)如图,ABCD与ACEF为平行四边形,M,N,G分
别是A8,AD,E尸的中点.
求证:(1)8E〃平面0M尸;
(2)平面BOE〃平面MNG.
【分析】(1)作辅助线,由中位线定理以及线面平行判定定理证明即可;
(2)先证明平面MNG,£>E〃平面MNG,再由面面平行的判定定理证明即可.
【详解】证明:(1)如图,连接AE,则AE必过。尸与GN的交点0,连接M0,
则M0为母48£的中位线,所以8E〃M。,
又BEC平面DMF,MOu平面DWF,所以8E〃平面。MF.
(2)因为MG分别为平行四边形AOE尸的边AD,EF的中点,所以OE〃GN,
又函:平面MNG,GNu平面MNG,所以DE〃平面MNG.
乂M为AB中点,所以MN为△48/)的中位线,
所以又平面MNG,历Nu平面MNG,
所以30〃平面MNG,
又DE与BD为平面内的两条相交直线,
所以平面8CE〃平面MNG.
岑弓嗡>直线与平面、平面与平面垂直的判定与性质
1.(2022河南省联考高三核心模拟卷)在四棱锥尸-A5CD中,平面平面A8C。,
AB//CD,ZADC=90°,CD=2AB=2,PA=AO=0,PB=6M为尸。的中
(1)求证:PC_L平面BMD:
(2)求三棱锥O-BMP的体积
答案】(1)证明见解析;(2)1.
【分析】(1)由余弦定理求得6C,由面面垂直的性质定理得F4与平面ABCQ垂直,从
而得线线垂直,求得PO,等腰三角形性质得线线垂直后可证得线面垂直;
(2)通过转换法求得体积,yD-MpB=vD-MBc=yM-BCD'然后由体积公式计算.
【详解】(1)证明:在四边形ABCD中,AB//CD,ZADC=90°,AD=®,A6=l,
所以BD=JAD2+A^2=J§,
所以cosZ.BDC=cos/.DBA=—j=,
在△BCD中,由余弦定理得BC=6
在中,AB=1,PA=e,PB=5
所以AB2+PA2=PB2,
所以ABLF4.
又平面BAB,平面A3C£>,平面RWc平面ABCD=AB,Q4u平面246,
所以P4JL平面A8CD.
又ADu平面ABC。,
所以Q4J_A。.
在/\PAD中,可得P£>=-JpA2+AD2=2,
所以PCD.一PCB是等腰三角形,且PD=DC,PB=BC,
因为〃为PC的中点,
所以PC_LM£>,PC上MB
又由BM,。知<=平面瓦加,BMcDM=M.
所以PC,平面MDS
(2)解:由抬_L平面ABC。,可得点P到平面BCD的距离是PA=0,
点M到平面BCD的距离是P到平面BCD的距离的-,即点M到平面BCD的距离为
2
也,
所以VD-BMP=V])_BCD=KW-BCD~326'万血=§
2.(2022年高考数学一轮复习考点微专题)如图所示,在四边形AB8中,
AD//BC,AD=AB,NBCD=45°,ZBAD=90°,将△回£)沿8。折起,使得平面
A3。J_平面BCD,构成四面体ABCD,则下列说法正确的是()
A.平面平面ABCB.平面AC。,平面BCD
C.平面ABC_L平面BCDD.平面AC。_L平面ABC
【答案】D
【分析】在四边形ABC。中,由已知条件可得3DLCD,而在四面体ABC。中,由平面
48。J_平面BCD,结合面面垂直的性质定理可得CQJ_平面43。,从而有8_LAB,
再由线面垂直的判定定理可得A3,平面ACD,再利用面面垂直的判定定理可得结论
【详解】•••在四边形ABC。中,AD//BC,4BCD=45。,
ZADC=135°,,/AD=AB,ZBAD=90°.
ZADB=45°,
ZB£)C=90°,:.BD±CD.
又在四面体ABC。中,平面ABD,平面BCD,且平面ABDc平面BCD=BD,故CO_L
平面AB。,CO_LAB,又AD_LAB,A。CD=D,AB_L平面AC。,
又ABU平面ABC,.•.平面ABC_L平面ACO.
故选:D
3.(2022年高考数学一轮复习讲练测)如图所示,四边形ABCC中,AD//BC,AD=AB,
ZBCD=45°,ZBAD=90°.将△A8O沿对角线8力折起,记折起后4的位置为点尸,且使平
面P8£>_L平面BCD.
求证:(1)©。_1平面灯?。.
(2)平面PBC_L平面PDC.
【分析】(1)利用平面四边形A8C7)证得8。JLOC,借助面面垂直的性质即可得解;
(2)结合(1)的结论及已知证得8PJ_平面PDC,利用面面垂直的判定得解.
【详解】(1)在平面四边形A8CO中,AD=AB,NBAL>=90。,则/A8A>/4£)B=45。,
5LAD//BC,即有ND8C=45°,而/£>C8=45°,于是得NB£>C=90°,
在折后的几何体P8CD中,BDYDC,因平面尸8O_L平面BCD,平面P8。1平面BCD^BD,
C£)u平面BCD,
所以C£>_L平面尸BD;
(2)由⑴知CO_L平面P8O,P8U平面PBC,于是得CO1.8P,
又BPLPD,PDCD=D,POU平面PDC,C3U平面PDC,则8P_L平面POC,又BPu
平面PBC,
所以平面P8C_L平面PDC.
平行与垂直的综合问题
1.如图,直三棱柱A8C-AI8CI中,底面是边长为2的等边三角形,点O,E分别是BC,
AS的中点.
(1)证明:CE〃平面ACGAi;
(2)若=证明:平面力DE.
【分析】(1)由线面平行的判定定理,只要证明QE〃AC,就可证明QE〃平面ACG4.
(2)因为88i_L平面ABC,由线面垂直的性质定理得,BBi±AD,因为底面ABC是等边三
角形,。为8c的中点,所以BCLA。,所以4O_L平面囱8CG,所以AC_LGO,由勾股定
理得CiDIDBi,结合线面垂直的判定定理得GD_L平面ADE.
【详解】(1)连接48,AiC,
在直三棱柱ABC-481G中,侧面ABB4是矩形,
因为点E是45的中点,所以点E是A山的中点,
又因为点。是8c的中点,所以OE〃4C,
因为DEC平面
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