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第2講 平面的基本性質(zhì)與異面直線
一、填空題
1.給出下列四個命題:
①經(jīng)過三點確定一個平面;
②梯形可以確定一個平面;
③兩兩相交的三條直線最多可以確定三個平面;
④如果兩個平面有三個公共點,則這兩個平面重合.
其中正確命題的序號為________.
解析?、佗苠e誤,②③正確.
答案 ②③
2.已知m,n是兩條不同的直線,α,β為兩個不同的平面,有下列四個命題:
①若m⊥α,n⊥β,m⊥n,則α⊥β;②若m∥α,n∥β,m⊥n,則α∥β;③若m⊥α, n∥β,m⊥n,則α∥β;④若m⊥α,n∥β,α∥β,則m⊥n.
其中所
2、有正確的命題是________.
解析 我們借助于長方體模型來解決本題.對于①,可以得到平面α,β互相垂直,如圖(1)所示,故①正確;對于②,平面α、β可能垂直,如圖(2)所示;對于③,平面α、β可能垂直,如圖(3)所示;對于④,由m⊥α,α∥β可得m⊥β,因為n∥β,所以過n作平面γ,且γ∩β=g,如圖(4)所示,所以n與交線g平行,因為m⊥g,所以m⊥n.
答案 ①④
3.如圖,矩形ABCD中,AB=2,BC=4,將△ABD沿對角線BD折起到△A′BD的位置,使點A′在平面BCD內(nèi)的射影點O恰好落在BC邊上,則異面直線A′B與CD所成角的大小為________.
解析 如
3、題圖所示,
由A′O⊥平面ABCD,
可得平面A′BC⊥平面ABCD,
又由DC⊥BC可得DC⊥平面A′BC,DC⊥A′B,
即得異面直線A′B與CD所成角的大小為90°.
答案 90°
4.若P是兩條異面直線l,m外的任意一點,則給出四個命題:
①過點P有且僅有一條直線與l,m都平行;
②過點P有且僅有一條直線與l,m都垂直;
③過點P有且僅有一條直線與l,m都相交;
④過點P有且僅有一條直線與l,m都異面;
上述命題中正確的是________(填序號).
解析 對于①,若過點P有直線n與l,m都平行,則l∥m,這與l,m異面矛盾.
對于②,過點P與l、m都垂直的
4、直線,即過P且與l、m的公垂線段平行的那一條直線.
對于③,過點P與l、m都相交的直線有一條或零條.
對于④,過點P與l、m都異面的直線可能有無數(shù)條.
答案?、?
5. 在正方體ABCD -A1B1C1D1中,E,F(xiàn)分別是AB1,BC1的中點,則以下結(jié)論:①EF與CC1垂直;②EF與BD垂直;③EF與A1C1異面;④EF與AD1異面,其中不成立的序號是________.
解析 連結(jié)A1B,在△A1BC1中,EF∥A1C1,所以①,②,④正確,③錯.
答案?、?
6.在正方體ABCD-A1B1C1D1中,E,F(xiàn)分別為棱AA1,CC1的中點,則在空間中與三條直線A1D1,EF,CD都相交
5、的直線有________條.
解析 在EF上任意取一點M,直線A1D1與M確定一個平面,這個平面與CD有且僅有1個交點N,當M取不同的位置就確定不同的平面,從而與CD有不同的交點N,而直線MN與直線A1D1,EF,CD均相交,故滿足題意的直線有無數(shù)條.
答案 無數(shù)
7.在正方體ABCD-A1B1C1D1中,P、Q、R分別是AB、AD、B1C1的中點,那么,正方體的過P、Q、R的截面圖形是________.
解析 如圖所示,作RG∥PQ交C1D1于G,連接QP并延長與CB的延長線交于M,連接MR交BB1于E,連接PE、RE為截面的部分圖形.
同理延長PQ交CD的延長線于N,連
6、接NG交DD1于F,連接QF,F(xiàn)G.
∴截面為六邊形PQFGRE.
答案 六邊形
8.在正方體ABCD-A1B1C1D1中,O是BD1的中點,直線A1C交平面AB1D1于點M,給出下列四個結(jié)論:
①A1、M、O三點共線; ②M、O、A1、A四點共面;
③A、O、C、M四點共面; ④B、B1、O、M四點共面.
其中正確結(jié)論的序號是________.
解析 因為O是BD1的中點.由正方體的性質(zhì)知,O也是A1C的中點,所以點O在直線A1C上,又直線A1C交平面AB1D1于點M,則A1、M、O三點共線,又直線與直線外一點確定一個平面,所以①②③正確.
答案?、佗冖?
9.如圖
7、,平面α⊥平面β,α∩β=l,A,C是α內(nèi)不同的兩點,B,D是β內(nèi)不同的兩點,且A,B,C,D?直線l,M,N分別是線段AB,CD的中點.下列判斷正確的是________.
①當|CD|=2|AB|時,M,N兩點不可能重合
②M,N兩點可能重合,但此時直線AC與l不可能相交
③當AB與CD相交,直線AC平行于l時,直線BD可以與l相交
④當AB,CD是異面直線時,直線MN可能與l平行
解析 當M,N重合時,四邊形ACBD為平行四邊形,故AC∥BD∥l,此時直線AC與l不可能相交,②正確,易知①,③,④均不正確.
答案 ②
10.在棱長為1的正方體ABCD-A1B1C1D1
8、中,點E,F(xiàn)分別是棱BB1,DD1上的動點,且BE=D1F=λ,設EF與AB所成的角為α,與BC所成的角為β,則α+β的最小值________.
解析 當EF∥BD時,α=β=45°,α+β=90°即為a+β的最小值,故填90°.
答案 90°
二、解答題
11.正方體ABCD-A1B1C1D1中.
(1)求AC與A1D所成角的大??;
(2)若E、F分別為AB、AD的中點,求A1C1與EF所成角的大?。?
解 (1)如圖所示,連接B1C,由ABCD-A1B1C1D1是正方體,
易知A1D∥B1C,從而B1C與AC所成的角就是AC與A1D所成的角.
∵AB1=AC=B1C,
9、∴∠B1CA=60°.
即A1D與AC所成的角為60°.
(2)如圖所示,連接AC、BD,在正方體ABCD-A1B1C1D1中,AC⊥BD,AC∥A1C1,∵E、F分別為AB、AD的中點,∴EF∥BD,∴EF⊥AC.
∴EF⊥A1C1. 即A1C1與EF所成的角為90°.
12. 如圖,在四面體ABCD中作截面PQR,若PQ、CB的延長線交于M,RQ、DB的延長線交于N,RP、DC的延長線交于K,求證:M、N、K三點共線.
證明 ∵M∈PQ,直線PQ?面PQR,M∈BC,直線BC?面BCD,
∴M是平面PQR與平面BCD的一個公共點,
即M在面PQR與面BCD的交線l上.
同理
10、可證:N、K也在l上.
∴M、N、K三點共線.
13.如圖所示,正方體ABCD-A1B1C1D1中,A1C與截面DBC1交于O點,AC,BD交于M點,求證:C1,O,M三點共線.
證明 ∵C1∈平面A1ACC1,
且C1∈平面DBC1,
∴C1是平面A1ACC1與平面DBC1的公共點.
又∵M∈AC,∴M∈平面A1ACC1.
∵M∈BD,∴M∈平面DBC1,
∴M也是平面A1ACC1與平面DBC1的公共點,
∴C1M是平面A1ACC1與平面DBC1的交線.
∵O為A1C與截面DBC1的交點,
∴O∈平面A1ACC1且O∈平面DBC1,
即O也是兩平面的公共點,
∴O∈
11、直線C1M,即C1,O,M三點共線.
14.如圖(1),在Rt△ABC中,∠ACB=90°,AC=BC=4,D是AB的中點,E是AC的中點,現(xiàn)將△ABC沿CD翻折成直二面角A-DC-B,如圖(2).
(1)求異面直線AB與DE所成的角;
(2)若M、N分別為棱AC、BC上的動點,求△DMN周長的平方的最小值.
解 (1)如圖,取BC的中點F,連結(jié)EF、DF,則AB∥EF,AB與DE所成的角即為EF與DE所成的角.
∵AD=BD=2,∠ADB=90°,
∴AB=4.∴EF=2.
又∵DE=DF=2,
∴異面直線AB與DE所成的角為60°.
(2)如圖是以C為頂點沿CD展開的側(cè)面展開圖,依題意即求DD1的長.
∵∠ACD=∠BCD1=45°,AC=BC=AB,
∴∠ACB=60°.
∴∠DCD1=150°,CD=CD1=2.∴DD=(2)2+(2)2-2×2×2·cos 150°=16+8.
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