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                               1990――2002年高考立體幾何試題匯編

    (90全國(guó)) 如圖,在三棱錐SABC中,SA⊥底面ABC,AB⊥BC.DE垂直平分SC,且分別交AC、SC于D、E.又SA=AB,SB=BC.求以BD為棱,以BDE與BDC為面的二面角的度數(shù).

      

      

     

     

    (91全國(guó))已知ABCD是邊長(zhǎng)為4的正方形,E、F分別是AB、AD的中點(diǎn),GC垂直于ABCD所在的平面,且GC=2.求點(diǎn)B到平面EFG的距離.

     

     

     

     

     

    (92理)兩條異面直線a、b所成的角為θ,它們的公垂線段AA1的長(zhǎng)度為d。在直線a、b上分別取點(diǎn)E、F,設(shè)A1E=m,AF=n

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    (93全國(guó))如圖,A1B1C1-ABC是直三棱柱,過點(diǎn)A1、B、C1的平面和平面ABC的交線記作l.

      (Ⅰ)判定直線A1C1和l的位置關(guān)系,并加以證明;

      (Ⅱ)若A1A=1,AB=4,BC=3,∠ABC=90°,求頂點(diǎn)A1到直線l的距離.

    (94全國(guó))如圖,已知A1B1C1-ABC是正三棱柱,D是AC中點(diǎn).
      (1)證明AB1∥平面DBC1;
      (2)假設(shè)AB1⊥BC1,求以BC1為棱,DBC1與CBC1為面的二面角α的度數(shù).




    (95全國(guó))如圖,ABCD是圓柱的軸截面,點(diǎn)E在底面的周長(zhǎng)上,AF⊥DE,F(xiàn)是垂足。

    (1)求證:AF⊥DB

    (2)如果AB=a,圓柱與三棱錐D-ABE的體積比等于3π,求點(diǎn)E到截面ABCD的距離

     

     

     

    (96全國(guó))如圖,在正三棱柱ABC-A1B1C1中,E∈BB1,截面A1EC⊥側(cè)面AC1.

       (Ⅰ)求證:BE=EB1;
      
       (Ⅱ)若AA1=A1B1;求平面A1EC與平面A1B1C1所成二面角(銳角)的度數(shù).

                         
    注意:在下面橫線上填寫適當(dāng)內(nèi)容,使之成為(Ⅰ)的完整證明,并解答(Ⅱ).
       (Ⅰ)證明:在截面A1EC內(nèi),過E作EG⊥A1C,G是垂足.
         ① ∵_(dá)_________________________________
           ∴EG⊥側(cè)面AC1;取AC的中點(diǎn)F,連結(jié)BF,FG,由AB=BC得BF⊥AC,
        、 ∵_(dá)__________________________________
          ∴BF⊥側(cè)面AC1;得BF∥EG,BF、EG確定一個(gè)平面,交側(cè)面AC1于FG.
        、 ∵ __________________________________
          ∴BE∥FG,四邊形BEGF是平行四邊形,BE=FG,
         ④ ∵_(dá)________________________________
          ∴FG∥AA1,△AA1C∽△FGC,
        、 ∵_(dá)________________________
      (Ⅱ)解:

     

     

     

    (97全國(guó))如圖,在正方體ABCD-A1B1C1D1中,E、F分別是BB1、CD的中點(diǎn).
          (Ⅰ)證明AD⊥D1F;
          (Ⅱ)求AE與D1F所成的角;
          (Ⅲ)證明面AED⊥面A1FD1;

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    (00廣東、全國(guó))如圖,已知平行六面體ABCD―A1B1C1D1的底面ABCD是菱形,且∠C1CB=∠C1CD=∠BCD,

    (Ⅰ)證明:C1C⊥BD;

    (Ⅱ)當(dāng)?shù)闹禐槎嗌贂r(shí),能使A1C⊥平面C1BD?請(qǐng)給出證明。

     

     

     

     

     

    (00兩省一市)如圖,直三棱柱ABC-,底面ΔABC中,CA=CB=1,BCA=,棱=2,M、N分別是、的中點(diǎn)。

    (I)求的長(zhǎng);

    (II)求,的值;

    (III)求證

     

     

     

    (01廣東、全國(guó))如圖,在底面是直角梯形的四棱錐S―ABCD中,

    ABC=90°,SA⊥面ABCD, SA=ABBC=1,AD=.

    (Ⅰ)求四棱錐S―ABCD的體積;

    (Ⅱ)求面SCD與面SBA所成的二面角的正切值.

     

     

     

     

    (01兩省一市)如圖,以正四棱錐V-ABCD底面中心O為坐標(biāo)原點(diǎn)建立空間直角坐標(biāo)系O-xyz,其中Ox∥BC,Oy∥AB.E為VC中點(diǎn),正四棱錐底面邊長(zhǎng)為2a,高為h

    (Ⅰ)求cos<,>;

    (Ⅱ)記面BCV為,面DCV為,若BED是二面角的平面角,求BED

    (02全國(guó))如圖,正方形、的邊長(zhǎng)都是1,而且平面、互相垂直。點(diǎn)在上移動(dòng),點(diǎn)在上移動(dòng),若()

    (1)求的長(zhǎng);

    (2)為何值時(shí),的長(zhǎng)最。

    (3)當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)最小時(shí),求面與面所成二面角的大小。

     

    (02兩省一市)如圖,正三棱柱ABC―A1B1C1的底面邊長(zhǎng)為,側(cè)棱長(zhǎng)為。

    (1)       建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系,并寫出點(diǎn)A、B、A1、C1的坐標(biāo);

    (2)       求AC1與側(cè)面ABB1A1所成的角

     

     

    (02廣東)四棱錐的底面是邊長(zhǎng)為的正方形,平面。

    (1)若面與面所成的二面角為,求這個(gè)四棱錐的體積;

    (2)證明無(wú)論四棱錐的高怎樣變化。面與面所成的二面角恒大于

     

     

     

     

    (90)解法一:由于SB=BC,且E是SC的中點(diǎn),因此BE是等腰三角形SBC底邊SC的中線,所以SC⊥BE.

    又已知      SC⊥DE,BE∩DE=E,∴SC⊥面BDE,∴SC⊥BD.

    又  ∵SA⊥底面ABC,BD在底面ABC上,  ∴SA⊥BD.

    而SC∩SA=S,∴BD⊥面SAC.

        ∵DE=面SAC∩面BDE,DC=面SAC∩面BDC,

        ∴BD⊥DE,BD⊥DC.

        ∴∠EDC是所求的二面角的平面角.

        ∵SA⊥底面ABC,∴SA⊥AB,SA⊥AC.

    設(shè)SA=a,

    又因?yàn)锳B⊥BC,

      ∴∠ACS=30°.

    又已知DE⊥SC,所以∠EDC=60°,即所求的二面角等于60°.

     

    解法二:由于SB=BC,且E是SC的中點(diǎn),因此BE是等腰三角形SBC的底邊SC的中線,所以SC⊥BE.

    又已知SC⊥DE,BE∩DE=E∴SC⊥面BDE,

        ∴SC⊥BD.

    由于SA⊥底面ABC,且A是垂足,所以AC是SC在平面ABC上的射影.由三垂線定理的逆定理得BD⊥AC;又因E∈SC,AC是SC在平面ABC上的射影,所以E在平面ABC上的射影在AC上,由于D∈AC,所以DE在平面 ABC上的射影也在AC上,根據(jù)三垂線定理又得BD⊥DE.

        ∵DE面BDE,DC面BDC,

        ∴∠EDC是所求的二面角的平面角.

    以下同解法一.

    (91)解:如圖,連結(jié)EG、FG、EF、BDAC、EFBD分別交ACH、O. 因?yàn)?i>ABCD是正方形,E、F分別為ABAD的中點(diǎn),故EFBDHAO的中點(diǎn).

    BD不在平面EFG上.否則,平面EFG和平面ABCD重合,從而點(diǎn)G在平面的ABCD上,與題設(shè)矛盾.

    由直線和平面平行的判定定理知BD∥平面EFG,所以BD和平面EFG的距離就是點(diǎn)B到平面EFG的距離.                                                   ――4分

    BDAC, ∴ EF⊥HC.

    GC⊥平面ABCD,∴ EFGC,

    EF⊥平面HCG

    ∴ 平面EFG⊥平面HCGHG是這兩個(gè)垂直平面的交線.                ――6分

    OKHGHG于點(diǎn)K,由兩平面垂直的性質(zhì)定理知OK⊥平面EFG,所以線段OK的長(zhǎng)就是點(diǎn)B到平面EFG的距離.                                           ――8分

    ∵ 正方形ABCD的邊長(zhǎng)為4,GC=2,

    AC=4,HO=,HC=3.

    ∴ 在Rt△HCG中,HG=.

    由于Rt△HKO和Rt△HCG有一個(gè)銳角是公共的,故Rt△HKO∽△HCG

    OK=.

    即點(diǎn)B到平面EFG的距離為.                                  ――10分

    (92) 解法一:設(shè)經(jīng)過b與a平行的平面為α,經(jīng)過a和AA1的平面為β,α∩β=c,則c∥a.因而b,c所成的角等于θ,且AA1⊥c(如圖)。
      ∵ AA1⊥b, ∴ AA1⊥α.
      根據(jù)兩個(gè)平面垂直的判定定理,β⊥α.
      在平面β內(nèi)作EG⊥c,垂足為G,則EG=AA1.并且根據(jù)兩個(gè)平面垂直的性質(zhì)定理,EG⊥α.連結(jié)FG,則EG⊥FG.
      在Rt△EFG中,EF2=EG2+FG2!  AG=m,  ∴在△AFG中,  FG2=m2+n2-2mncosθ.
            ∵ EG2=d2,        ∴ EF2=d2+m2+n2-2mncosθ.
      如果點(diǎn)F(或E)在點(diǎn)A(或A1)的另一側(cè),則
            EF2=d2+m2+n2+2mncosθ.
      因此    
      解法二:經(jīng)過點(diǎn)A作直線c∥a,則c、b所成的角等于θ,且AA1⊥c.
      根據(jù)直線和平面垂直的判定定理,AA1垂直于b、c所確定的平面a.
      在兩平行直線a、c所確定的平面內(nèi),作EG⊥c,垂足為G,則EG平行且等于AA1,從而EG⊥α。
      連結(jié)FG,則根據(jù)直線和平面垂直的定義,EG⊥FG.
      在Rt△EFG中,EF2=EG2+FG2
      (以下同解法一)
    (93)解:(Ⅰ)l∥A1C1.證明如下:

      根據(jù)棱柱的定義知平面A1B1C1和平面ABC平行.
      由題設(shè)知直線A1C1=平面A1B1C1∩平面A1BC1,直線l=平面A1BC1∩平面ABC.
      根據(jù)兩平面平行的性質(zhì)定理有l(wèi)∥A1C1.

      (Ⅱ)解法一:  過點(diǎn)A1作A1E⊥L于E,則A1E的長(zhǎng)為點(diǎn)A1到l的距離.
      連結(jié)AE.由直棱柱的定義知A1A⊥平面ABC.
      ∴ 直線AE是直線A1E在平面ABC上的射影.
      又  l在平面ABC上,根據(jù)三垂線定理的逆定理有:AE⊥l.
      由棱柱的定義知A1C1∥AC,又l∥A1C1,     ∴ l∥AC.
      作BD⊥AC于D,則BD是Rt△ABC斜邊AC上的高,且BD=AE,
      從而AE=BD=(AE×BC)/AC=(4×3)/5=12/5
      在Rt△A1AE中,  ∵ A1A=1,∠A1AE=90°,
         
      故點(diǎn)A1到直線 l 的距離為13/5。

      解法二:  同解法一得l∥AC.
      由平行直線的性質(zhì)定理知∠CAB=∠ABE,  從而有Rt△ABC∽R(shí)t△BEA,AE:BC=AB:AC,
              ∴AE=(BC×AB)/AC
      以下同解法一。
    (94)  (1)證明: ∵A1B1C1-ABC是正三棱柱,
       ∴四邊形B1BCC1是矩形.連結(jié)B1C,交BC1于E,則B1E=EC.連結(jié)DE.
       在△AB1C中,∵AD=DC, ∴DE∥AB1,
       
       ∴AB1∥平面DBC1.
      (2)解:作DF⊥BC,垂足為F,則DF⊥面B1BCC1,連結(jié)EF,則EF是ED在平面B1BCC1上的射影.
       ∵AB1⊥BC1, 由(1)知AB1∥DE, ∴DE⊥BC1,
       則BC1⊥EF, ∴∠DEF是二面角α的平面角.
       設(shè)AC=1,則DC=1/2. ∵△ABC是正三角形,
       ∴在Rt△DCF中, DF=DC?sinC=/4,CF=DC?cosC=1/4
       取BC中點(diǎn)G. ∵EB=EC, ∴EG⊥BC.
       在Rt△BEF中, EF2=BF?GF,又BF=BC-FC=3/4,GF=1/4
       ∴EF2=(3/4)?(1/4),即EF=/4.   ∴tg∠DEF=DF/EF=1  ∴∠DEF=45°.
       故二面角α為45°.
    (95) (1)證明:根據(jù)圓柱性質(zhì),DA⊥平面ABE,

        ∵EB平面ABE,    ∴DA⊥EB,

        ∵AB是圓柱底面的直徑,點(diǎn)E在圓周上,

        ∴AE⊥EB,又AE∩AD=A,故得EB⊥平面DAE,

        ∵AF平面DAE,∴EB⊥AF,

        又AF⊥DE,且EB∩DE=E,故得AF⊥平面DEB,

        ∵DB平面DEB,∴AF⊥DB。

      (2)解:設(shè)點(diǎn)E到平面ABCD的距離為d,記AD=h,因圓柱軸截面ABCD是矩形,所以AD⊥AB。

        

        由題設(shè)知 ,即d=a/2。

    (96)       (Ⅰ)②∵BE:CF=1:2,                  ∴DC=2DB,                 ∴DB=BC,    1分
                  ③∵△ABD是等腰三角形,          且∠ABD=120°,              ∠BAD=30°,
                      ∴∠CAD=90°,    3分
                  ④∵FC⊥面ACD,                  ∴CA是FA在面ACD上的射影,
                      且CA⊥AD,    5分
                  ⑤∵FA∩AC=A,     DA⊥面ACF,DA面ADF  
                      ∴面ADF⊥面ACF.    7分

             (Ⅱ)解: ∵VA1-AEF=VE-AA1F    在面A1B1C1內(nèi)作B1G⊥A1C1,垂足為G.
         BG=a/2                  面A1B1C1⊥面A1C,     ∴B1G⊥面A1C,
         ∵E∈BB1,而BB1∥面A1C,     ∴三棱柱的高為a/2  9分
         S△AA1F=AA1?AC/2=a2/2 10分     ∴VA1-AEF=VE-AA1F=a4/4 12分
    (97)  解:(Ⅰ)∵AC1是正方體,            ∴AD⊥面DC1.
                 又D1F面DC1,           ∴AD⊥D1F.       -------------2分
          (Ⅱ)取AB中點(diǎn)G,連結(jié)A1G,FG.因?yàn)镕是CD的中點(diǎn),所以GF、AD平行且相等,又A1D1、AD平行且相等,所以GF、A1D1平行且相等,故GFD1A1是平行四邊形,A1G∥D1F.
             設(shè)A1G與AE相交于點(diǎn)H,則∠AHA1是AE與D1F所成的角,因?yàn)镋是BB1的中點(diǎn),所以Rt△A1AG≌Rt△ABE,          ∠GA1A=∠GAH,從而∠AHA1=90°,

    即直線AE與D1F所成角為直角.                -------------5分
         (Ⅲ)由(Ⅰ)知AD⊥D1F,由(Ⅱ)知AE⊥D1F,又AD∩AE=A,所以D1F⊥面AED.又因?yàn)镈1F面A1FD1,      所以 面AED⊥面A1FD1.     -------------7分
         (Ⅳ)連結(jié)GE,GD1.          ∵FG∥A1D1,          ∴FG∥面A1ED1,
              ∵AA1=2,        
           

    (98) 解:(Ⅰ)作A1D⊥AC,垂足為D,由面A1ACC1⊥面ABC,得A1D⊥面ABC,

    ∴∠A1AD為A1A與面ABC所成的角!2分

    ∵AA1⊥A1C,AA1=A1C,∴∠A1AD=45°為所求。 ……4分

    (Ⅱ)作DE⊥AB,垂足為E,連A1E,則由A1D⊥面ABC,得A1E⊥AB。

     ∴∠A1ED是面A1ABB1與面ABC所成二面角的平面角。 ……6分

    由已知,AB⊥BC,得ED∥BC。又D是AC的中點(diǎn), BC=2,AC=2, ∴DE=1,AD=A1D=,

    tgA1ED=A1D/DE=。故∠A1ED=60°為所求。 ……8分

    (Ⅲ)解法一:由點(diǎn)C作平面A1ABB1的垂線,垂足為H,則CH的長(zhǎng)是C到平面A1ABB1的距離。 …10分

    連結(jié)HB,由于AB⊥BC,得AB⊥HB。 又A1E⊥AB,知HB∥A1E,且BC∥ED, ∴∠HBC=∠A1ED=60°。

    ∴CH=BCsin60°=為所求。 ……12分

    解法二:連結(jié)A1B。 根據(jù)定義,點(diǎn)C到面A1ABB1的距離,即為三棱錐C-A1AB的高h(yuǎn)。 ……10分

    由V錐C-A1AB=V錐A1-ABC得1/2S△AA1Bh=1/2S△ABCA1D,

    即 1/3×2h=1/3×2×,∴h=為所求。 ……12分

    (99)(1)解:如圖,連結(jié)DB交AC于O,連結(jié)EO。

    ∵底面ABCD是正方形    ∴DO⊥AC!  ∮帧逧D⊥底面AC,
        ∴EO⊥AC。
        ∴∠EOD是面EAC與底面AC所成二面角的平面角, ----2分
        ∴ ∠EOD=45°。    DO=(2)1/2/2a, AC=(2)1/2a, Eo=[(2)1/2a?sec45°]/2=a.
          故 S△EAC=(2)1/2×a2/2                       4分

    (II)解:由題設(shè)ABCD-A1B1C1D1是正四棱柱,得A1A⊥底面AC, A1A⊥AC。
          又 A1A⊥A1B1,     1A是異面直線A1B1與AC間的公垂線。 ----6分
          ∵D1B∥面EAC,且面D1BD與面EAC交線為EO,      ∴ D1B∥EO。
          又 O是DB的中點(diǎn),      ∴E是D1D的中點(diǎn), D1B=2ED=2a。
          異面直線A1B1與AC間的距離為(2)1/2a。 ----8分
     (III)解法一:如圖,連結(jié)D1B1!       逥1D=DB=(2)1/2a,
           ∴BDD1B1是正方形!      ∵B結(jié)B1D交D1B于P,交EO于Q。
           ∵B1D⊥D1B。 EO∥D1B,       ∴B1D⊥EO
           又 AC⊥EO, AC⊥ED,       ∴AC⊥面BDD1B1
           ∴B1D⊥AC       ∴B1D⊥面EAC。
              ∴B1Q是三棱錐B1-EAC的高。 ----10分
           由DQ=PQ,得B1Q=3B1D/4=3a/2。
           ∴VB1-EAC=(1/3)?[(2)1/2a2/2]?(3/20=(2)1/2?a3/4.
           所以三棱錐了-EAC的體積是(2)1/2?a3/4. ----12分
    解法二:連結(jié)B1O,則VB1-EAC=2VA-EOB1

    ∵AO⊥面BDD1B1,  ∴AO是三棱錐A-EOB1的高,AO=(2)1/2?a/2
      在正方形BDD1B1中,E、O分別是D1D、DB的中點(diǎn)(如右圖),
      則S△EOB1=3a2/4.
      ∴VB1-EAC=2×(1/30×(3a2/4)×[(2)1/2a/2}=(2)1/2?a3/4.
      所以三棱錐B1-EAC的體積是(2)1/2?a3/4.----12分。

     

    (00廣東)(Ⅰ)證明:連結(jié)、和交于,連結(jié)。

    ∵四邊形ABCD是菱形,∴⊥,=。

    又∵∠=∠,=,

    ∴,∴B=D,

    ∵∴,                                                  3分

    但,∴平面。

    又平面,∴。                                  …………6分

    (Ⅱ)當(dāng)時(shí),能使平面。

    證明一:∵,∴,又,

    由此可推得!嗳忮F是正三棱錐。             …………9分

    設(shè)與相交于!,且::1,

    ∴:=2:1。

    又是正三角形的邊上的高和中線,∴點(diǎn)是正三角形的中心,

    ∴平面,即平面。                          …………12分

    證明:由(Ⅰ)知,平面,

    ∵平面,∴。                              …………9分

    當(dāng)時(shí),平行六面體的六個(gè)面是全等的菱形,同的正法可得。

    又,∴平面。                            …………12分

    (00兩省一市)如圖,以C為原點(diǎn)建立空間直角坐標(biāo)系O。

          (I)解:依題意得B,N,

           ∴               ――2分

          (II)解:依題意得,B,C,。

           ∴ ,。

            。,                 ――5分

          ∴                ――9分

    (III)證明:依題意得,M  , ,

      ∴ ,∴              ――12分

     

     

    (01廣東)解:(Ⅰ)直角梯形ABCD的面積是M底面=

        =                                                 2分

    ∴四棱錐S―ABCD的體積是        4分

    (Ⅱ)延長(zhǎng)BA、CD相交于點(diǎn)E,連結(jié)SE,則SE是所求二面角的棱?          6分

    ADBC,BC=2AD

    EA=AB=SA,∴SESB

    SA⊥面ABCD,得面SEB⊥面EBC,EB是交線.

    BCEB,∴BC⊥面SEB,故SBSC在面SEB上的射影,∴CSSE,

    所以∠BSC是所求二面角的平面角?                                  10分

    SB

    ∴tg∠BSC=,即所求二面角的正切值為   

    (01兩省一市)

    (02全國(guó))解:(1)作MP∥AB交BC于點(diǎn)P,NQ∥AB交BE于點(diǎn)Q,連接PQ,

    依題意可得MP∥NQ,且MP=NQ,即MNQP是平行四邊形。

    ∴MN=PQ由已知, CM=BN=a,CB=AB=BE=1,

    ∴即

    ∴(2)由(1)

    (3)取MN的中點(diǎn)G,連接AG、BG,

    ∵AM=AN,BM=BN,∴AG⊥MN,BG⊥MN,∴∠AGB即為二面角α的平面角。

    又,所以由余弦定理有

    。故所求二面角。

    (02兩省一市)解:(1)如圖,以點(diǎn)A為坐標(biāo)原點(diǎn)O,以AB所在直線為Oy軸,以所在直線為Oz軸,以經(jīng)過原點(diǎn)且與平面垂直的直線為Ox軸,建立空間直角坐標(biāo)系。

    由已知,得

    ------------4分

    (2)坐標(biāo)系如上。取的中點(diǎn)M,于是有,連有

    ,且

    由于

    所以,

    (02廣東)解(1)∵平面,∴是在面上的射影,∴

    ∴是面與面所成二面角的平面角,

    而是四棱錐的高,

    (2)證:不論棱錐的高怎樣變化,棱錐側(cè)面與恒為全等三角形.

    作,垂足為,連結(jié),則.

    ∴,,故是面與面所成的二面角的平面角.

    設(shè)與相交于點(diǎn),連結(jié),則.

    在△中,

    所以,面與面所成的二面角恒大于

     


    同步練習(xí)冊(cè)答案