全国版2023高考数学一轮复习第8章立体几何第5讲空间角与距离空间向量及应用试题2理含解析20230316192.docx
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- 全国 2023 高考 数学 一轮 复习 立体几何 空间 距离 向量 应用 试题 解析 20230316192
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1、第八章立体几何第五讲空间角与距离、空间向量及应用1.2020湖北部分重点中学高三测试如图8-5-1,E,F分别是三棱锥P-ABC的棱AP,BC的中点,PC=10,AB=6,EF=7,则异面直线AB与PC所成的角为 ()图8-5-1A.30B.60C.120D.1502.2020湖南长沙市长郡中学模拟图8-5-2中的三个正方体ABCD-A1B1C1D1中,E,F,G均为所在棱的中点,过E,F,G作正方体的截面.下列各选项中,关于直线BD1与平面EFG的位置关系描述正确的是()A.BD1平面EFG的有且只有,BD1平面EFG的有且只有B.BD1平面EFG的有且只有,BD1平面EFG的有且只有C.B
2、D1平面EFG的有且只有,BD1平面EFG的有且只有D.BD1平面EFG的有且只有,BD1平面EFG的有且只有3.2020安徽宣城模拟如图8-5-3,在棱长为2的正方体ABCD-A1B1C1D1中,E,F分别为棱AA1,BB1的中点,M为棱A1B1上一点,且A1M=(02),设N为线段ME的中点,则点N到平面D1EF的距离为 ()A.3B.255C.23D.554.2019吉林长春质量监测双空题已知正方体ABCD-A1B1C1D1的棱长为2,M,N,E,F分别是A1B1,AD,B1C1,C1D1的中点,则过EF且与MN平行的平面截正方体所得截面的面积为,CE 和该截面所成角的正弦值为.5.20
3、21广州市阶段模拟如图8-5-4,在四棱锥E-ABCD中,底面ABCD为菱形,BE平面ABCD,G为AC与BD的交点.(1)证明:平面AEC平面BED.(2)若BAD=60,AEEC,求直线EG与平面EDC所成角的正弦值.6.2021晋南高中联考如图8-5-5,在四棱锥P-ABCD中,平面PAD底面ABCD,其中底面ABCD为等腰梯形,ADBC,PA=AB=BC=CD,PAPD,PAD=60,Q为PD的中点.(1)证明:CQ平面PAB.(2)求二面角P-AQ-C的余弦值.图8-5-57.2021湖南六校联考如图8-5-6,四棱锥S-ABCD的底面是正方形,SD平面ABCD,SD=2a,AD=2
4、a,点E是SD上的点,且DE=a(02).(1)求证:对任意的(0,2,都有ACBE.(2)设二面角C-AE-D的大小为,直线BE与平面ABCD所成的角为,若sin =cos ,求的值.图8-5-68.2020福建五校联考图8-5-7是一个半圆柱与多面体ABB1A1C构成的几何体,平面ABC与半圆柱的下底面共面,且ACBC,P为B1A1上的动点(不与B1,A1重合).(1)证明:PA1平面PBB1.(2)若四边形ABB1A1为正方形,且AC=BC,PB1A1=4,求二面角P-A1B1-C的余弦值.图8-5-79.2020全国卷,20,12分理如图8-5-8,已知三棱柱ABC-A1B1C1的底面
5、是正三角形,侧面BB1C1C是矩形,M,N分别为BC,B1C1的中点,P为AM上一点,过B1C1和P的平面交AB于E,交AC于F.(1)证明:AA1MN,且平面A1AMN平面EB1C1F.(2)设O为A1B1C1的中心.若AO平面EB1C1F,且AO=AB,求直线B1E与平面A1AMN所成角的正弦值.10.2021黑龙江省六校联考如图8-5-9,正方形ABCD和ABEF所在的平面互相垂直,且边长都是1,M,N,G分别为线段AC,BF,AB上的动点,且CM=BN,AF平面MNG,记BG=a(0a1).(1)证明:MG平面ABEF.(2)当MN的长度最小时,求二面角A-MN-B的余弦值.图8-5-
6、911.2021蓉城名校联考如图8-5-10(1),AD是BCD中BC边上的高,且AB=2AD=2AC,将BCD沿AD翻折,使得平面ACD平面ABD,如图8-5-10(2)所示.(1)求证:ABCD.(2)在图8-5-10(2)中,E是BD上一点,连接AE,CE,当AE与底面ABC所成角的正切值为12时,求直线AE与平面BCE所成角的正弦值.12.2020洛阳市联考如图8-5-11,底面ABCD是边长为3的正方形,平面ADEF平面ABCD,AFDE,ADDE,AF=26,DE=36.(1)求证:平面ACE平面BED.(2)求直线CA与平面BEF所成角的正弦值.(3)在线段AF上是否存在点M,使
7、得二面角M-BE-D的大小为60?若存在,求出AMAF的值;若不存在,请说明理由.图8-5-1113.如图8-5-12,三棱锥P-ABC中,PA平面ABC,ABBC,平面经过棱PC的中点E,与棱PB,AC分别交于点F,D,且BC平面,PA平面.(1)证明:AB平面.(2)若AB=BC=PA=2,点M在直线EF上,求平面MAC与平面PBC所成锐二面角的余弦值的最大值.图8-5-1214.2021安徽江淮十校第一次联考如图8-5-13(1),已知圆O的直径AB的长为2,上半圆弧上有一点C,COB=60,点P是弧AC上的动点,点D是下半圆弧的中点.现以AB为折痕,使下半圆所在的平面垂直于上半圆所在的
8、平面,连接PO,PD,PC,CD,如图8-5-13(2)所示.(1)当AB平面PCD时,求PC的长;(2)当三棱锥P-COD体积最大时,求二面角D-PC-O的余弦值.答 案第五讲空间角与距离、空间向量及应用1.B如图D 8-5-8,取AC的中点D,连接DE,DF,因为D,E,F分别为AC,PA,BC的中点,所以DFAB,DF=12AB,DEPC,DE=12PC,所以EDF或其补角为异面直线PC与AB所成的角.因为PC=10,AB=6,所以在DEF中,DE=5,DF=3,EF=7,由余弦定理得cosEDF=DE2+DF2-EF22DEDF=25+9-49253=-12,所以EDF=120,所以异
9、面直线PC与AB所成的角为60.故选B.图D 8-5-82.A对于题图,连接BD,因为E,F,G均为所在棱的中点,所以BDGE,DD1EF,又BD平面EFG,DD1平面EFG,从而可得BD平面EFG,DD1平面EFG,又BDDD1=D,所以平面BDD1平面EFG,所以BD1平面EFG.对于题图,连接DB,DA1,设正方体的棱长为1,因为E,F,G均为所在棱的中点,所以BD1GE=(DD1-DB)(12DA1)=12(DD1DA1-DBDA1)=12(12cos 45-22cos 60)=0,即BD1EG.连接DC1,则BD1EF=(DD1-DB)(12DC1)=12(DD1DC1-DBDC1)
10、=12(12cos 45-22cos 60)=0,即BD1EF.又EGEF=E,所以BD1平面EFG.对于题图,设正方体的棱长为1,连接DB,DG,因为E,F,G均为所在棱的中点,所以BD1EG=(DD1-DB)(DG-DE)=(DD1-DB)(DC+12DD1-12DA)=12DD12-DBDC+12DBDA=12-2122+122122=0,即BD1EG.连接AF,则BD1EF=(DD1-DB)(AF-AE)=(DD1-DB)(DD1+12DC+12DA)=DD12-12DBDC-12DBDA=1-122122-122122=0,即BD1EF.又EGEF=E,所以BD1平面EFG.故选A.
11、3.D以D为坐标原点,DA所在直线为x轴,DC所在直线为y轴,DD1所在直线为z轴,建立如图D 8-5-9所示的空间直角坐标系,则M(2,2),D1(0,0,2),E(2,0,1),F(2,2,1),ED1=(-2,0,1),EF=(0,2,0),EM=(0,1).设平面D1EF的法向量为n=(x,y,z),则nED1=-2x+z=0,nEF=2y=0,取x=1,得z=2,则n=(1,0,2)为平面D1EF的一个法向量.则点M到平面D1EF的距离d=|EMn|n|=25=255.因为N为线段EM的中点,所以点N到平面D1EF的距离为d2=55,故选D.4.221010如图D 8-5-10,正方
12、体ABCD-A1B1C1D1中,设CD,BC的中点分别为H,G,连接HE,HG,GE,HF,ME,NH.图D 8-5-10易知MENH,ME=NH,所以四边形MEHN是平行四边形,所以MNHE.因为MN平面EFHG,HE平面EFHG,所以MN平面EFHG,所以过EF且与MN平行的平面为平面EFHG,易知平面EFHG截正方体所得截面为矩形EFHG,EF=2,FH=2,所以截面EFHG的面积为22=22.连接AC,交HG于点I,易知CIHG,平面EFHG平面ABCD,平面EFHG平面ABCD=HG,所以CI平面EFHG,连接EI,因为EI平面EFHG,所以CIEI,所以CEI为直线CE和截面EFH
13、G所成的角.在RtCIE中,易知CE=1+22=5,CI=14AC=224=22,所以sinCEI=CICE=1010.5.(1)因为四边形ABCD为菱形,所以ACBD.因为BE平面ABCD,AC平面ABCD,所以ACBE.又BEBD=B,所以AC平面BED.又AC平面AEC,所以平面AEC平面BED.(2)解法一设AB=1,在菱形ABCD中,由BAD=60,可得AG=GC=32,BG=GD=12.因为AEEC,所以在RtAEC中可得EG=AG=32.由BE平面ABCD,得EBG为直角三角形,则EG2=BE2+BG2,得BE=22.如图D 8-5-11,过点G作直线GzBE,因为BE平面ABC
14、D,所以Gz平面ABCD,又ACBD,所以建立空间直角坐标系 G-xyz.G(0,0,0),C(0,32,0),D(-12,0,0),E(12,0,22),所以GE=(12,0,22),DE=(1,0,22),CE=(12,-32,22).设平面EDC的法向量为n=(x,y,z),由DEn=0,CEn=0,得x+22z=0,12x-32y+22z=0,取x=1,则z=-2,y=-33,所以平面EDC的一个法向量为n=(1,-33,-2).设直线EG与平面EDC所成的角为,则sin =|cos|=|12+0-114+121+13+2|=|-1232103|=1010.所以直线EG与平面EDC所成
15、角的正弦值为1010.解法二设BG=1,则GD=1,AB=2,AG=3.设点G到平面EDC的距离为h,EG与平面EDC所成角的大小为.因为AC平面EBD,EG平面EBD,所以ACEG.因为AEEC,所以AEC为等腰直角三角形.因为AC=2AG=23,所以AE=EC=6,EG=AG=3.因为AB=BD=2,所以RtEABRtEDB,所以EA=ED=6.在EDC中,ED=EC=6,DC=2,则SEDC=5.在RtEAB中,BE=EA2-AB2=(6)2-22=2.VE-GDC=13BE12SCBD=162SABD=1621223=66.由VG-EDC=13h5=VE-GDC=66,得h=625=3
16、010.所以sin =hEG=1010.所以直线EG与平面EDC所成角的正弦值为1010.解法三如图D 8-5-12,以点B为坐标原点,建立空间直角坐标系B-xyz.不妨设AB=2,在菱形ABCD中,由BAD=60,可得AG=GC=3,BG=GD=1.因为AEEC,所以在RtAEC中可得EG=AG=3.由BE平面ABCD,得EBG为直角三角形,则EG2=BE2+BG2,得BE=2.则C(2,0,0),E(0,0,2),D(1,3,0),G(12,32,0),所以EG=(12,32,-2),ED=(1,3,-2),EC=(2,0,-2).设平面EDC的法向量为n=(x,y,z),则nED=0,n
17、EC=0,得x+3y-2z=0,2x-2z=0,令x=3,则z=6,y=1.所以平面EDC的一个法向量为n=(3,1,6).设EG与平面EDC所成的角为,则sin =|cos|=|32+32-23|1+23+1+6=1010.所以直线EG与平面EDC所成角的正弦值为1010.6.(1)如图D 8-5-13,取PA的中点N,连接QN,BN.图D 8-5-13Q,N分别是PD,PA的中点,QNAD,且QN=12AD.PAPD,PAD=60,PA=12AD,又PA=BC,BC=12AD,QN=BC,又ADBC,QNBC,四边形BCQN为平行四边形,BNCQ.又BN平面PAB,CQ平面PAB,CQ平面
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