人教版新高考数学二轮复习习题训练--专题突破练14　空间位置关系的判断与证明

专题突破练14　空间位置关系的判断与证明

一、单项选择题

1.(2021·广东深圳二模)设α,β为两个不同的平面,直线l⊂α,则“l∥β”是“α∥β”的(　　)

A.充分不必要条件

B.必要不充分条件

C.充要条件

D.既不充分也不必要条件

2.(2021·湖北荆门期中)在三棱柱ABC-A1B1C1中,点M在AB上,且AM=λAB,若BC1∥平面A1MC,则λ=(　　)

A. B. C. D.

3.(2021·山东泰安三模)如图,AB为圆锥底面直径,点C为底面圆 O上异于A,B的动点,已知OA=,圆锥侧面展开图是圆心角为π的扇形,当∠PBC=时,PB与AC所成的角为(　　)

A. B.

C. D.

4.(2021·山东烟台二模)许多球状病毒的空间结构可抽象为正二十面体.正二十面体的每一个面均为等边三角形,共有12个顶点、30条棱.如图,由正二十面体的一个顶点P和与P相邻的五个顶点构成正五棱锥P-ABCDE,则PA与面ABCDE所成角的余弦值约为(　　)(参考数据cos 36°≈0.8)

A. B. C. D.

5.(2021·湖南衡阳月考)在菱形ABCD中,∠BAD=60°,将△ABD沿BD折起,使点A到达点A'的位置,且二面角A'-BD-C为60°,则A'D与平面BCD所成角的正切值为(　　)

A. B.

C. D.

6.(2021·山东青岛二模)已知正方体ABCD-A1B1C1D1棱长为2,点P在矩形ACC1A1(包含边界)内运动,且∠PBD=45°,则动点P的轨迹的长度为(　　)

A.π B.π C.2π D.2π

二、多项选择题

7.(2021·山东潍坊三模)已知α,β是两个平面,m,n是两条直线,则下列说法正确的是(　　)

A.如果m⊥α,n∥α,那么m⊥n

B.如果m⊥n,m⊥α,n∥β,那么α⊥β

C.如果α∥β,m⊂α,那么m∥β

D.如果m∥α,n∥β,α∥β,那么m∥n

8.(2021·广东广州二模)如图,四棱锥P-ABCD的底面为矩形,PD⊥底面ABCD,AD=1,PD=AB=2,E为PB的中点,过A,D,E三点的平面α与平面PBC的交线为l,则下列结论正确的是(　　)

A.l∥平面PAD

B.AE∥平面PCD

C.直线PA与l所成角的余弦值为

D.平面α截四棱锥P-ABCD所得的上、下两部分几何体的体积的比值为

三、填空题

9.(2021·山东潍坊期中)若平面α过正方体ABCD-A1B1C1D1的顶点A,且平面α∥平面A1BD,平面α∩平面ABCD=l,则直线l与直线A1C1所成的角为　　　　　. 

10.(2021·浙江宁波二模)如图,三棱柱ABC-A1B1C1的底面是边长为2的正三角形,AA1=3,AA1⊥AC,D为A1C1的中点,BD=3,则二面角A1-AC-B的正切值为　　　　　. 

11.(2021·福建龙岩月考)如图,在棱长为1的正方体ABCD-A1B1C1D1中,M为AD的中点,动点P在正方形ABCD内(不包括边界),若B1P∥平面A1BM,则C1P的长度的取值范围是　. 

专题突破练14　空间位置关系的判断与证明:

1.B　解析: 当l∥β时,α与β可能平行也可能相交.当α∥β时,因为l⊂α,所以l∥β.故选B.

2.A　解析: 如图,连接AC1,交A1C于点O,连接OM.∵BC1∥平面A1MC,BC1⊂平面ABC1,平面A1MC∩平面ABC1=OM,

∴BC1∥OM.又在△ABC1中,O为AC1的中点,∴M为AB的中点,∴AM=AB,∴λ=.故选A.

3. C　解析: 设圆锥的母线长为l,则l·π=2π,解得l=2.∵PB=PC=l=2,∠PBC=,∴BC=2.∴在Rt△ABC中,AC=2.作BD∥AC,与圆O交于点D,连接AD,则四边形ACBD为平行四边形,BD=AC=2.连接PD,则∠PBD为PB与AC所成的角.在△PBD中,

∵PD=PB=2,BD=2,

∴PB2+PD2=BD2,∴PD⊥PB,∴∠PBD=.故选C.

4.A　解析: 设正二十面体的棱长为a,点P在面ABCDE内的射影为点O,则O为正五边形ABCDE的中心.连接OA,OB(图略),则∠AOB=72°,所以OA=a.因为PO⊥面ABCDE,所以∠PAO为PA与面ABCDE所成的角,所以cos∠PAO=.

5.C　解析: 连接AC,交BD于点O,则AC⊥BD.将△ABD沿BD折起,得到△A'BD,可知A'O⊥BD,CO⊥BD,则∠A'OC为二面角A'-BD-C的平面角,所以∠A'OC=60°.设菱形ABCD的边长为2,则A'O=CO=,又∠A'OC=60°,所以△A'OC为等边三角形.过点A'作A'E⊥OC于点E,连接DE,则A'E=.因为A'O⊥BD,CO⊥BD,A'O∩CO=O,所以BD⊥平面A'OC,所以BD⊥A'E.又A'E⊥OC,BD∩OC=O,所以A'E⊥平面BCD.所以∠A'DE为A'D与平面BCD所成的角.在Rt△A'DE中,因为A'D=2,A'E=,所以DE=,所以tan∠A'DE=.故选C.

6.B　解析: 由题意,易知动点P的轨迹为以AC为直径的半圆,AC=2,故动点P的轨迹的长度为×2π=π.

7.AC　解析: 对于A,若m⊥α,n∥α,则m⊥n,故A正确.对于B,若m⊥n,m⊥α,n∥β,则α∥β或α,β相交,故B错误.对于C,若α∥β,m⊂α,则m∥β,故C正确.对于D,若m∥α,n∥β,α∥β,则m,n平行、相交或异面,故D错误.故选AC.

8. ACD　解析: 如图,取PC的中点F,连接EF,则AD∥EF,所以A,D,E,F四点共面,所以l为EF.对于A,因为EF∥AD,EF⊄平面PAD,AD⊂平面PAD,所以EF∥平面PAD,即l∥平面PAD,故A正确.对于B,若AE∥平面PCD,则必有AE∥DF,又EF∥AD,所以四边形ADFE为平行四边形,所以AD=EF,与EF=BC=AD矛盾,故B错误.对于C,PA与l所成的角即PA与EF所成的角,因为EF∥AD,所以∠PAD为PA与EF所成的角,由PD⊥底面ABCD,可知PD⊥AD,又AD=1,PD=2,所以AP=,所以cos∠PAD=,故C正确.对于D,连接BD,易知VP-ABCD=×2×2=,VABCDFE=VE-ABD+VD-BCFE=×1×1+,所以,故D正确.故选ACD.

9.　解析: 因为平面α∥平面A1BD,平面α∩平面ABCD=l,平面A1BD∩平面ABCD=BD,所以l∥BD,又A1C1⊥BD,所以A1C1⊥l,所以直线l与直线A1C1所成的角为.

10.-　解析: 如图,取AC的中点E,连接ED,EB.因为D为A1C1的中点,AA1⊥AC,△ABC是边长为2的正三角形,所以DE=AA1=3,BE=3,DE⊥AC,BE⊥AC,所以∠BED为二面角A1-AC-B的平面角.在△BED中,DE=3,BE=3,BD=3,所以由余弦定理得cos∠BED==-,所以∠BED=120°,所以tan∠BED=-.

11.　解析: 如图,取BC的中点N,连接B1D,B1N,DN,C1D,C1N,作C1O⊥DN于点O.易知平面B1DN∥平面A1BM,所以点P在线段DN上,不包括端点D,N.

在△C1DN中,C1D=,DN=C1N=,所以,

又·DN·C1O=C1O,所以C1O=,即C1O=.

当点P与点O重合时,C1P的长度取最小值.

因为C1D>C1N,点P与点D不重合,

所以C1P<C1D=.

所以C1P的长度的取值范围是.