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1、(課標通用版)2022年高考數(shù)學大一輪復(fù)習 第八章 立體幾何 第6講 平行、垂直的綜合問題檢測 文
1.如圖所示,四邊形ABCD中,AD∥BC,AD=AB,∠BCD=45°,∠BAD=90°.將△ADB沿BD折起,使平面ABD⊥平面BCD,構(gòu)成三棱錐A-BCD,則在三棱錐A-BCD中,下列結(jié)論正確的是( )
A.平面ABD⊥平面ABC
B.平面ADC⊥平面BDC
C.平面ABC⊥平面BDC
D.平面ADC⊥平面ABC
解析:選D.因為在四邊形ABCD中,AD∥BC,AD=AB,∠BCD=45°,∠BAD=90°,
所以BD⊥CD.
又平面ABD⊥平面BCD,
且平面AB
2、D∩平面BCD=BD,
故CD⊥平面ABD,則CD⊥AB.
又AD⊥AB,AD∩CD=D,AD?平面ADC,CD?平面ADC,故AB⊥平面ADC.
又AB?平面ABC,所以平面ADC⊥平面ABC.
2.如圖,四邊形ABCD中,AB=AD=CD=1,BD=,BD⊥CD.將四邊形ABCD沿對角線BD折成四面體A′BCD,使平面A′BD⊥平面BCD,則下列結(jié)論正確的是( )
A.A′C⊥BD
B.∠BA′C=90°
C.CA′與平面A′BD所成的角為30°
D.四面體A′BCD的體積為
解析:選B.若A成立可得BD⊥A′D,產(chǎn)生矛盾,故A不正確;
由題設(shè)知:△BA′D為等腰
3、Rt△,CD⊥平面A′BD,得BA′⊥平面A′CD,則BA′⊥A′C,于是B正確;
由CA′與平面A′BD所成的角為∠CA′D=45°知C不正確;
VA′-BCD=VC-A′BD=,D不正確.故選B.
3.如圖,在四棱錐P-ABCD中,底面ABCD是矩形,點E在棱PC上(異于點P,C),平面ABE與棱PD交于點F.
(1)求證:AB∥EF;
(2)若平面PAD⊥平面ABCD,求證:AF⊥EF.
證明:(1)因為四邊形ABCD是矩形,所以AB∥CD.
又因為AB?平面PDC,CD?平面PDC,所以AB∥平面PDC.
又因為AB?平面ABEF,平面ABEF∩平面PDC=EF,所
4、以AB∥EF.
(2)因為四邊形ABCD是矩形,所以AB⊥AD.
又因為平面PAD⊥平面ABCD,平面PAD∩平面ABCD=AD,AB?平面ABCD,所以AB⊥平面PAD.
又因為AF?平面PAD,所以AB⊥AF.
由(1)知AB∥EF,所以AF⊥EF.
4.(2019·河南開封定位考試)如圖,在三棱錐D-ABC中,AB=2AC=2,∠BAC=60°,AD=,CD=3,平面ADC⊥平面ABC.
(1)證明:平面BDC⊥平面ADC;
(2)求三棱錐D-ABC的體積.
解:(1)證明:在△ABC中,由余弦定理可得,BC===,所以BC2+AC2=AB2,所以BC⊥AC,
因為
5、平面ADC⊥平面ABC,平面ADC∩平面ABC=AC,所以BC⊥平面ADC,
又BC?平面BDC,所以平面BDC⊥平面ADC.
(2)由余弦定理可得cos∠ACD=,所以sin∠ACD=,所以S△ACD=·AC·CD·
sin∠ACD=,
則VD-ABC=VB-ADC=·BC·S△ACD=.
5.如圖,在四棱錐P-ABCD中,底面ABCD為菱形,PA⊥平面ABCD,∠ABC=60°,E是BC的中點.
(1)證明:AE⊥平面PAD;
(2)取AB=2,若H為PD上的動點,EH與平面PAD所成的最大角的正切值為,求PA的長度.
解:(1)證明:由四邊形ABCD為菱形,
∠AB
6、C=60°,可得△ABC為正三角形.
因為E為BC的中點,所以AE⊥BC.
又因為BC∥AD,所以AE⊥AD.
因為PA⊥平面ABCD,AE?平面ABCD,所以PA⊥AE.
而PA?平面PAD,AD?平面PAD,PA∩AD=A,所以AE⊥平面PAD.
(2)連接AH.
由(1)知AE⊥平面PAD,則∠EHA為EH與平面PAD所成的角.
在Rt△EAH中,AE=,tan∠EHA==,
所以當AH最短,即AH⊥PD時,∠EHA最大,
此時tan∠EHA===,因此AH=.
又因為AD=2,所以∠ADH=45°,所以PA=AD=2.
[綜合題組練]
1.(2019·武漢市部分
7、學校調(diào)研)如圖(1),在矩形ABCD中,AB=4,AD=2,E是CD的中點,將△ADE沿AE折起,得到如圖(2)所示的四棱錐D1-ABCE,其中平面D1AE⊥平面ABCE.
(1)證明:BE⊥平面D1AE;
(2)設(shè)F為CD1的中點,在線段AB上是否存在一點M,使得MF∥平面D1AE,若存在,求出的值;若不存在,請說明理由.
解:(1)證明:因為四邊形ABCD為矩形且AD=DE=EC=BC=2,所以∠AEB=90°,即BE⊥AE,又平面D1AE⊥平面ABCE,平面D1AE∩平面ABCE=AE,所以BE⊥平面D1AE.
(2)=,理由如下:
取D1E的中點L,連接FL,AL(圖略)
8、,所以FL∥EC.又EC∥AB,所以FL∥AB,且FL=AB.所以M,F(xiàn),L,A四點共面,若MF∥平面AD1E,則MF∥AL.所以四邊形AMFL為平行四邊形,所以AM=FL=AB,=.
2.(2019·合肥市第一次教學質(zhì)量檢測)如圖,在多面體ABCDEF 中,四邊形ABCD是正方形,BF⊥平面ABCD,DE⊥平面ABCD,BF=DE,M為棱AE的中點.
(1)求證:平面BDM∥平面EFC;
(2)若AB=1,BF=2,求三棱錐A-CEF的體積.
解:(1)如圖,設(shè)AC與BD交于點N,則N為AC的中點,連接MN,
又M為棱AE的中點,所以MN∥EC.
因為MN?平面EFC,EC?
9、平面EFC,
所以MN∥平面EFC.
因為BF⊥平面ABCD,DE⊥平面ABCD,且BF=DE,
所以BF綊DE,
所以四邊形BDEF為平行四邊形,所以BD∥EF.
因為BD?平面EFC,EF?平面EFC,
所以BD∥平面EFC.
又MN∩BD=N,所以平面BDM∥平面EFC.
(2)連接EN,F(xiàn)N.在正方形ABCD中,AC⊥BD,
又BF⊥平面ABCD,所以BF⊥AC.
又BF∩BD=B,所以AC⊥平面BDEF,
又N是AC的中點,所以VA-NEF=VC-NEF,
所以VA-CEF=2VA-NEF=2××AN×S△NEF=2×××××2=,
所以三棱錐A-CEF的體
10、積為.
3.如圖(1),在Rt△ABC中,∠ABC=90°,D為AC的中點,AE⊥BD于點E(不同于點D),延長AE交BC于F,將△ABD沿BD折起,得到三棱錐A1-BCD,如圖(2)所示.
(1)若M是FC的中點,求證:直線DM∥平面A1EF;
(2)求證:BD⊥A1F;
(3)若平面A1BD⊥平面BCD,試判斷直線A1B與直線CD能否垂直?并說明理由.
解:(1)證明:因為D,M分別為AC,F(xiàn)C的中點,所以DM∥EF,又EF?平面A1EF,DM?平面A1EF,所以DM∥平面A1EF.
(2)證明:因為A1E⊥BD,EF⊥BD且A1E∩EF=E,
所以BD⊥平面A1EF.
11、
又A1F?平面A1EF,所以BD⊥A1F.
(3)直線A1B與直線CD不能垂直.
理由如下:
因為平面A1BD⊥平面BCD,平面A1BD∩平面BCD=BD,EF⊥BD,EF?平面BCD,所以EF⊥平面A1BD.
因為A1B?平面A1BD,所以A1B⊥EF,
又因為EF∥DM,所以A1B⊥DM.
假設(shè)A1B⊥CD,
因為CD∩DM=D,所以A1B⊥平面BCD,
所以A1B⊥BD,
這與∠A1BD為銳角矛盾,所以直線A1B與直線CD不能垂直.
4.如圖,在正四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,E為AD的中點,F(xiàn)為B1C1的中點.
(1)求證:A1F∥平面ECC1;
(
12、2)在線段CD上是否存在一點G,使BG⊥平面ECC1?若存在,請確定點G的位置,并證明你的結(jié)論;若不存在,請說明理由.
解:(1)如圖所示,在正四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,取BC的中點M,連接AM,F(xiàn)M.
則B1F∥BM且B1F=BM.
所以四邊形B1FMB是平行四邊形,
所以FM∥B1B且FM=B1B.
所以FM∥A1A且FM=A1A,
所以四邊形AA1FM是平行四邊形,
所以FA1∥AM.
因為E為AD的中點,
所以AE∥MC且AE=MC.
所以四邊形AMCE是平行四邊形.
所以EC∥AM,所以EC∥A1F.
因為A1F?平面ECC1,EC?平面ECC1,
13、
所以A1F∥平面ECC1.
(2)在CD上存在一點G且G是CD的中點,使BG⊥平面ECC1,證明如下.
取CD的中點G,連接BG,
在△CDE和△BCG中,DE=GC,CD=BC,∠EDC=∠BCG,
所以△CDE≌△BCG,所以∠ECD=∠GBC.
因為∠CGB+∠GBC=90°,所以∠CGB+∠DCE=90°,
所以BG⊥EC.
因為CC1⊥平面ABCD,BG?平面ABCD,
所以CC1⊥BG,又EC∩CC1=C,所以BG⊥平面ECC1.
故在CD上存在點G,且G是CD的中點,使得BG⊥平面ECC1.
5.陽馬和鱉臑(biē nào)是《九章算術(shù)·商功》里對兩種錐體的
14、稱謂.如圖所示,取一個長方體,按下圖斜割一分為二,得兩個一模一樣的三棱柱,稱為塹堵.
再沿其中一個塹堵的一個頂點與相對的棱剖開,得四棱錐和三棱錐各一個,以矩形為底,有一棱與底面垂直的四棱錐,稱為陽馬(四棱錐E-ABCD),余下的三棱錐是由四個直角三角形組成的四面體,稱為鱉臑(三棱錐E-FCD).
(1)在陽馬(四棱錐E-ABCD)中,連接BD,若AB=AD,證明:EC⊥BD;
(2)求陽馬(四棱錐E-ABCD)和鱉臑(三棱錐E-FCD)的體積比.
解:(1)如圖,連接AC.
因為四邊形ABCD是矩形,AB=AD,
所以矩形ABCD是正方形,
所以AC⊥BD.
因為EA⊥
15、平面ABCD,BD?平面ABCD,
所以EA⊥BD,
又EA∩AC=A,EA?平面EAC,AC?平面EAC,
所以BD⊥平面EAC.
因為EC?平面EAC,
所以EC⊥BD.
(2)設(shè)AB=a,AD=b,EA=c.
在陽馬(四棱錐E-ABCD)中,
因為EA⊥平面ABCD,四邊形ABCD是矩形,
所以V四棱錐E-ABCD=×a×b×c=.
在鱉臑(三棱錐E-FCD)中,
因為EF⊥平面FCD,F(xiàn)D⊥CD,CD=a,EF=b,DF=c,
所以S△FCD=×a×c=,
所以V三棱錐E-FCD=××b=,
所以V四棱錐E-ABCD∶V三棱錐E-FCD=∶=2∶1,
所以陽馬(四棱錐E-ABCD)和鱉臑(三棱錐E-FCD)的體積比為2∶1.