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質量檢測(四)
測試內容:立體幾何
時間:90分鐘 分值:120分
一、選擇題(本大題共10小題,每小題5分,共50分)
1.在四面體O-ABC中,=a,=b,=c,D為BC的中點,E為AD的中點,則等于( )
A.a+b+c B.a+b+c
C.a+b+c D.a+b+c
解析:=+=+
=+(+)
=++
=+(-)+(-)
=++=a+b+c,故選D.
答案:D
2.已知水平放置的△ABC的直觀圖△A′B′C′(斜二測畫法)是邊長為a的正三角形,則原△ABC的面積為( )
A.a2 B.a2
C.a
2、2 D.a2
解析:斜二測畫法中原圖面積與直觀圖面積之比為1∶,則易知S=(a)2,∴S=a2.故選D.
答案:D
3.正方體ABCD-A1B1C1D1中,E,F分別是AA1,AB的中點,則EF與對角面BDD1B1所成角的度數是( )
A.30 B.45
C.60 D.150
解析:如圖,∵EF∥A1B,
∴EF,A1B與對角面BDD1B1所成的角相等,設正方體的棱長為1,則A1B=.
連接A1C1,交D1B1于點M,連接BM,則有A1M⊥面BDD1B1,∠A1BM為A1B與面BDD1B1所成的角.
Rt△A1BM中,A1B=,A1M=,故∠A1BM=3
3、0.∴EF與對角面BDD1B1所成角的度數是30.
答案:A
4.(2013湖南卷)已知棱長為1的正方體的俯視圖是一個面積為1的正方形,則該正方體的正視圖的面積不可能等于( )
A.1 B.
C. D.
解析:由題可知正方體的底面與水平面平行,先把正方體正放,然后將正方體按某一側棱逆時針旋轉,易知當正方體正放時,其正視圖的面積最小,為11=1;當正方體逆時針旋轉45時,其正視圖的面積最大,為1=.而<1,所以正方體的正視圖的面積不可能等于.
答案:C
5.(2013寧波市高三“十校”聯考)若有直線m、n和平面α、β,下列四個命題中,正確的是( )
A.若m∥α,n
4、∥α,則m∥n
B.若m?α,n?α,m∥β,n∥β,則α∥β
C.若α⊥β,m?α,則m⊥β
D.若α⊥β,m⊥β,m?α,則m∥α
解析:α⊥β,m⊥β,則m∥α或m?α,又∵m?α,∴m∥α,選D.
答案:D
6.(2013河南開封第二次模擬)若某幾何體的三視圖如圖所示,則這個幾何體的體積是( )
A.5
B.6
C.7
D.8
解析:
該幾何體為棱長為2的正方體截去一個三棱柱,如圖,截去部分為ABC-A1B1C1,幾何體的體積為V=222-121=7,選C.
答案:C
7.(2013廣西卷)已知正四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,AA1=2AB,
5、則CD與平面BDC1所成角的正弦值等于( )
A. B.
C. D.
解析:建立如圖所示的空間直角坐標系,設AA1=2AB=2,則B(1,1,0),C(0,1,0),D(0,0,0),C1(0,1,2),故=(1,1,0),=(0,1,2),=(0,1,0).設平面BDC1的法向量為n=(x,y,z),則即令z=1,則y=-2,x=2,所以平面BDC1的一個法向量為n=(2,-2,1).設直線CD與平面BDC1所成的角為θ,則sin θ=|cos〈n,〉|==.故選A.
答案:A
8.(2013荊州質檢(Ⅱ))在半徑為R的球內有一內接圓柱,設該圓柱底面半徑為r,當圓
6、柱的側面積最大時,為( )
A. B.
C. D.
解析:圓柱的底面半徑為r,則有h=2,側面積S=2πrh=4πr=4π ≤4π=2πR2,當且僅當r2=R2-r2即=時,圓柱的側面積取得最大值,所以選C.
答案:C
9.(2013山東濰坊模擬)已知m,n是兩條不同直線,α,β是兩個不同平面,給出四個命題:
①若α∩β=m,n?α,n⊥m,則α⊥β;②若m⊥α,m⊥β,則α∥β;③若m⊥α,n⊥β,m⊥n,則α⊥β;④若m∥α,n∥β,m∥n,則α∥β.
其中正確的命題是( )
A.①② B.②③ C.①④ D.②④
解析:由面面平行、垂直的定義可知②
7、③正確,故選B.
答案:B
10.(2013新課標全國卷Ⅰ)如圖,有一個水平放置的透明無蓋的正方體容器,容器高8 cm,將一個球放在容器口,再向容器內注水,當球面恰好接觸水面時測得水深為6 cm,如果不計容器的厚度,則球的體積為( )
A. cm3
B. cm3
C. cm3
D. cm3
解析:設球半徑為R cm,根據已知條件知正方體的上底面與球相交所得截面圓的半徑為4 cm,球心到截面的距離為(R-2)cm,所以由42+(R-2)2=R2,得R=5,所以球的體積為V=πR3=π53=cm3,選擇A.
答案:A
二、填空題(本大題共4小題,每小題5分,共20分)
1
8、1.若向量a=(1,1,x),b=(1,2,1),c=(1,1,1),滿足條件(c-a)(2b)=-2,則x=________.
解析:由題可知c-a=(0,0,1-x),
所以(c-a)(2b)=(0,0,1-x)2(1,2,1)=2(1-x)=-2,從而解得x=2.
答案:2
12.(2013遼寧卷)某幾何體的三視圖如圖所示,則該幾何體的體積是________.
解析:由三視圖可知該幾何體是一個底面半徑為2,高為4的圓柱中間挖去一個底面邊長為2,高為4的正四棱柱后剩下的部分,所以其體積為π224-224=16π-16.
答案:16π-16
13.(2013廣西卷)已知圓O
9、和圓K是球O的大圓和小圓,其公共弦長等于球O的半徑,OK=,且圓O與圓K所在的平面所成的一個二面角為60,則球O的表面積等于________.
解析:設點A為圓O和圓K公共弦的中點,則在Rt△OAK中,∠OAK為圓O和圓K所在的平面所成的二面角的一個平面角,即∠OAK=60.由OK=,可得OA=,設球的半徑為R,則()2+2=R2,解得R=2,因此球的表面積為4πR2=16π.
答案:16π
14.(2013北京卷)如圖,在棱長為2的正方體ABCD-A1B1C1D1中,E為BC的中點,點P在線段D1E上.點P到直線CC1的距離的最小值為________.
解析:點P到直線CC1的距
10、離等于點P在平面ABCD上的射影到點C的距離,設點P在平面ABCD上的射影為P′,顯然點P到直線CC1的距離的最小值為P′C的長度的最小值.當P′C⊥DE時,P′C的長度最小,此時P′C==.
答案:
三、解答題(本大題共4小題,共50分.解答應寫出文字說明,證明過程或演算步驟.)
15.(滿分12分)(2013江蘇卷)如圖,在三棱錐S-ABC中,平面SAB⊥平面SBC,AB⊥BC,AS=AB.過A作AF⊥SB,垂足為F,點E,G分別是棱SA,SC的中點.
求證:(1)平面EFG∥平面ABC;
(2)BC⊥SA.
證明:(1)因為AS=AB,AF⊥SB,垂足為F,所以F是SB的
11、中點.又因為E是SA的中點,所以EF∥AB.
因為EF?平面ABC,AB?平面ABC,
所以EF∥平面ABC.
同理EG∥平面ABC.又EF∩EG=E,
所以平面EFG∥平面ABC.
(2)因為平面SAB⊥平面SBC,且交線為SB,又AF?平面SAB,AF⊥SB,
所以AF⊥平面SBC,因為BC?平面SBC,所以AF⊥BC.
又因為AB⊥BC,AF∩AB=A,AF,AB?平面SAB,所以BC⊥平面SAB.
因為SA?平面SAB,所以BC⊥SA.
16.(滿分12分)(2013山東濰坊模擬)已知正三棱柱ABC-A1B1C1中,AB=2,AA1=,點D為AC的中點,點E在線段
12、AA1上.
(1)當AE∶EA1=1∶2時,求證:DE⊥BC1;
(2)是否存在點E,使二面角D-BE-A等于60?若存在,求AE的長;若不存在,請說明理由.
解:
(1)證明:連接DC1,因為ABC-A1B1C1為正三棱柱,
所以△ABC為正三角形,
又因為D為AC的中點,
所以BD⊥AC,
又平面ABC⊥平面ACC1A1,
所以BD⊥平面ACC1A1,
所以BD⊥DE.
因為AE∶EA1=1∶2,AB=2,AA1=,所以AE=,AD=1,
所以在Rt△ADE中,∠ADE=30,在Rt△DCC1中,∠C1DC=60,
所以∠EDC1=90,即ED⊥DC1,
所
13、以ED⊥平面BDC1,BC1?面BDC1,所以ED⊥BC1.
(2)假設存在點E滿足條件,設AE=h.
取A1C1的中點D1,連接DD1,則DD1⊥平面ABC,所以DD1⊥AD,DD1⊥BD,
分別以DA、DB、DD1所在直線為x,y,z軸建立空間直角坐標系D-xyz,則A(1,0,0),B(0,,0),E(1,0,h),
所以=(0,,0),=(1,0,h),=(-1,,0),=(0,0,h),
設平面DBE的一個法向量為n1=(x1,y1,z1),
則,,令z1=1,得n1=(-h(huán),0,1),
同理,平面ABE的一個法向量為n2=(x2,y2,z2),
則,
∴n2=(,
14、1,0).
∴cos〈n1,n2〉==cos 60=.解得h=<,
故存在點E,當AE=時,二面角D-BE-A等于60.
17.(滿分13分)(2013重慶卷)如圖,四棱錐P-ABCD中,PA⊥底面ABCD,BC=CD=2,AC=4,∠ACB=∠ACD=,F為PC的中點,AF⊥PB.
(1)求PA的長;
(2)求二面角B-AF-D的正弦值.
解:(1)如圖,連接BD交AC于O,因為BC=CD,即△BCD為等腰三角形,又AC平分∠BCD,故AC⊥BD.以O為坐標原點,,,的方向分別為x軸,y軸,z軸的正方向,建立空間直角坐標系O-xyz,則OC=CDcos =1,而AC=4,得A
15、O=AC-OC=3,又OD=CDsin =,故A(0,-3,0),B(,0,0),C(0,1,0),D(-,0,0).
因PA⊥底面ABCD,可設P(0,-3,z),由F為PC邊中點,F.
又=,=(,3,-z),因AF⊥PB,故=0,即6-=0,z=2(舍去-2),所以||=2.
(2)由(1)知=(-,3,0),=(,3,0),=(0,2,).設平面FAD的法向量為n1=(x1,y1,z1),平面FAB的法向量為n2=(x2,y2,z2),
由n1=0,n1=0,得
因此可取n1=(3,,-2).
由n2=0,n2=0,得
故可取n2=(3,-,2).
從而法向量n1,
16、n2的夾角的余弦值為
cos〈n1,n2〉==.
故二面角B-AF-D的正弦值為.
18.(滿分13分)(2013石家莊第二次模擬)在四邊形ABCD中,BC∥AD,CD⊥AD,AD=4,BC=CD=2,E、P分別為AD、CD的中點(如圖1),將△ABE沿BE折起,使二面角A-BE-C為直二面角(如圖2).
(1)如圖2,在線段AE上,是否存在一點M,使得PM∥平面ABC?若存在,請指出點M的位置,并證明你的結論,若不存在,請說明理由.
(2)如圖2,若H為線段AB上的動點,當PH與平面ABE所成的角最大時,求二面角H-PC-E的余弦值.
解:(1)存在點M,當M為線段AE的中點
17、時,PM∥平面BCA,
建立如圖所示空間直角坐標系,則A(0,0,2),M(0,0,1),P(2,1,0),B(0,2,0),C(2,2,0),
AB中點F(0,1,1),
所以=(-2,-1,1),=(2,0,0),=(0,2,-2),=(0,1,1)
可知=0,=0,∴⊥平面ABC,
又=0,
∴PM∥平面ABC.
(2)可知P(2,1,0),A(0,0,2),E(0,0,0),B(0,2,0),
設H(x,y,z),則=(0,-2,2),=(x,y-2,z),
設=λ,則得H(0,2-2λ,2λ),
所以=(-2,1-2λ,2λ),因為點P到平面ABE的距離為定值2,
所以當PH最小時PH與平面ABE所成角最大,
此時⊥,即=0,得λ=,所以H,
所以=,
設平面PCH的一個法向量為n=(x0,y0,z0),
=(0,1,0),=
則由n=0,n=0,可得
,則n=,
平面PBE的一個法向量為=(0,0,2),
設二面角H-PC-E的大小為θ,
則cos θ==.
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