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    2019版数学(文)二轮复习通用版讲义:专题三第三讲专题提能——优化思路上高度全面清障把漏补

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    第三讲  专题提能——优化思路上高度全面清障把漏补

     

     

    因混淆几何体的表面积与侧面积而失误

     

    [1] (2018·福州模拟)如图网格纸上小正方形的边长为1粗线画出的是某多面体的三视图则该多面体的表面积为(  )

    A14        B104

    C.4  D4

    [解析] 法一:由三视图可知,该几何体为一个直三棱柱切去一个小三棱锥后剩余的几何体,如图所示所以该多面体的表面积S2××(2212)×222×2××()24.

    法二:由三视图可知,该几何体为一个直三棱柱切去一个小三棱锥后剩余的几何体,如图所示所以该多面体的表面积SS三棱柱表S三棱锥侧S三棱锥底3×××()24.

    [答案] D

    [微评] 解决此类问题一般分两步:

    第一步,先确定几何体的大致轮廓,然后利用三视图中的实线和虚线,通过切割、挖空等手段逐步调整,还原出几何体;

    第二步,先部分后整体,即先分别求出几何体中各部分的面积,然后用它们表示所求几何体的表面积,注意重叠部分的面积和挖空部分的面积的处理.

    因不会确定球心位置而解题受阻

     

    [2] (2018·河北邢台月考)已知三棱柱A1B1C1­ABC内接于球OABAC24BAC120°AA1平面ABCAA114则球O的表面积是________

    [解析] 因为AA1平面ABC,所以三棱柱A1B1C1­ABC是直三棱柱

    ABC中,因为ABAC24BAC120°

    所以BC24

    所以ABC的外接圆半径为24.

    ABC的外接圆的圆心为O1,三棱柱A1B1C1­ABC的外接球的球心为O

    则在RtO1OB中,外接球的半径OB25.

    所以外接球O的表面积为S×OB22 500π.

    [答案] 2 500π

    [微评] 本题的求解过程中,易错之处有:

    (1)不能求出ABC的外接圆半径;

    (2)想不到构造直角三角形求直三棱柱的外接球的半径,误将矩形BCC1B1的对角线看成外接球的直径.

     

     

    因遗漏平行、垂直的判定定理的条件而失分

     

    [3] (2018·重庆一中期中)如图,在四棱锥P­ABCD中,底面ABCD为菱形,EF分别为ABPD的中点.

    求证:直线AF平面PEC.

    [证明] 设PC的中点为Q,连接EQFQ.

    易知FQDCFQCDAECDAECD

    所以AEFQAEFQ

    所以四边形AEQF为平行四边形,

    所以AFEQ.

    EQ平面PEC

    AF平面PEC

    所以AF平面PEC.

    [微评] 灵活构造平行关系是证明线面平行的关键,一般可通过取n等分点构造成比例的线段,从而构造平行关系.

    构造法——解决与球有关的结合体问题

     

    [1] 在三棱锥V­ABC的四个面中有两个面都是直角边为1的等腰直角三角形另两个面都是直角边分别为1的直角三角形则该三棱锥的外接球的体积为________

    [解析] (构造正方体)如图所示的棱长为1的正方体中的三棱锥V­ABC即满足题意,其中VAABBC1VBAC,三棱锥V­ABC的外接球即该正方体的外接球,故其半径为R

    所以该三棱锥的外接球的体积为VR3×3π.

    [答案] π

    [微评] 破解此类题的关键:一是取特殊模型,即构造长方体或正方体模型,把不规则的空间几何体(空间线、面)放置其中去研究;二是用公式(用定理),即利用柱体、锥体的表面积与体积公式(空间线、面平行与垂直的判定定理、性质定理),即可求其表面积与体积(判断空间线、面平行与垂直关系).

    等体积法——求体积或点面距

     

    [2] 如图在边长为2的菱形ABCDDAB60°.EFACEAEDEF.

    (1)ADBE所成的角

    (2)BE求三棱锥B­CDF的体积

    [] (1)如图,取AD的中点O,连接EOBO.

    因为EAED,所以EOAD.

    因为四边形ABCD为菱形,所以ABAD

    DAB60°

    所以ABD为等边三角形,

    所以ABBD,所以BOAD.

    因为BOEOOBO平面BEOEO平面BEO

    所以AD平面BEO

    因为BE平面BEO

    所以ADBE,所以ADBE所成的角为90°.

    (2)EAD中,EAEDAD2EOAD

    所以EO.

    因为ABD为等边三角形,

    所以ABBDAD2,所以BO.

    BE,所以EO2OB2BE2,所以EOOB.

    因为ADOBOAD平面ABCDBO平面ABCD

    所以EO平面ABCD.

    SBCDSABDAD×OB×2×EFAC

    所以V三棱锥B­CDFV三棱锥F­BCDSBCD×EO××.

    [微评] 用等体积法解题的关键是把底面积及高不易求的三棱锥转化为易求的三棱锥,利用体积不变性,即可求出其体积

    函数与方程思想——解决立体几何中的最值问题

    [典例] (2017·全国卷)如图圆形纸片的圆心为O半径为5 cm该纸片上的等边三角形ABC的中心为O.DEF为圆O上的点DBCECAFAB分别是以BCCAAB为底边的等腰三角形沿虚线剪开后分别以BCCAAB为折痕折起DBCECAFAB使得DEF重合得到三棱锥ABC的边长变化时所得三棱锥体积(单位cm3)的最大值为________

    [解析] 法一由题意可知,折起后所得三棱锥为正三棱锥,当ABC的边长变化时,设ABC的边长为a(a>0)cm,则ABC的面积为a2DBC的高为5a,则正三棱锥的高为

    25a>00<a<5

    所得三棱锥的体积V×a2× × .

    t25a4a5,则t100a3a4,由t0,得a4,此时所得三棱锥的体积最大,为4 cm3.

    法二: 如图,连接ODBC于点G,由题意知,ODBC.易得OGBC

    OGx,则BC2xDG5xSABC×2x×3x3x2

    故所得三棱锥的体积V×3x2×

    x2×

    ×.

    f(x)25x410x5x

    f(x)100x350x4

    f(x)>0,即x42x3<0,得0<x<2

    则当x时,f(x)f(2)80

    V×4.

    所求三棱锥的体积的最大值为4.

    [答案] 4

    [微评] 处理此类问题的关键是结合图形条件建立适当函数,转化为求函数的最值问题.

    四面体体积的6种解法

    [题根探究]

    [典例] 在四面体P­ABCABBC2ABC120°PAPBPC4求四面体P­ABC的体积

    [] 如图,作PO平面ABC,点O为垂足,

    PAPBPC

    OAOBOC

    OABC的外心,

    OBR,由正弦定理2R4.

    RtPOB中,OB2PB4,得PO2

    SABCBA·BC·sinABC

    VP­ABCSABC·PO2.

    [考查角度] 体积问题是立体几何的基本问题由于几何体的形状多种多样求体积的方法也有多种但利用公式是基本方法

    [变式应用]

    [变式1] 在四面体ABCD若有5条棱长均为3只有一条棱长为4求此四面体的体积

    解:如图,设CD4,其余各棱长均为3,取CD的中点E,连接AEBE

    因为AECDBECDAEBEE

    所以CD平面ABE

    因此VA­BCDVD­ABEVC­ABE

    SABE·(CEED)

    CD·SABE·

    BEAE.

    ABEEFABEF从而VA­BCDCD·SABE×4×AB·EF×3×.

    [变式2] 在四面体D­ABC三组对棱分别相等且依次为222求此四面体的体积

    解:将四面体D­ABC补形成长方体,使得四面体D­ABC的对棱分别是长方体相对面的对角线

    设长方体的长、宽、高分别为abc

    解得a2b4c6

    从而VABCDV长方体4V三棱锥abc4×abcabc16,此四面体的体积为16.

    [变式3] 三棱锥的三条侧棱两两垂直3个侧面与底面所成的角分别为30°45°60°底面面积为求三棱锥的体积

    解:设三棱锥的3条侧棱长分别为abc,而3个侧面面积分别为S1cos 30°S2cos 45°S3cos 60°,从而a2b2c2S1S2S3,故Vabc1.

    [变式4] 某工厂食堂用圆台形缸盛满食油已知此缸上下底面半径分别为40 cm20 cm,13天后油的高度降为原来的若每天用油量相等剩余的油还可以用多少天

    解:将圆台补成圆锥,记从下至上3部分的体积分别为V1V2V3(如图)此缸上、下底面半径分别为40 cm20 cm,13天后油的高度降为原来的,可知三个棱锥高的比为356.V133a,由圆锥平行于底面的截面的性质

    得:V253a33a98aV363a53a91a.设剩余的油还可以用x天,由题意得:91a1398ax,解得x14,故剩余的油还可以用14

    [变式5] 在四面体ABCDABaCDbABCD的距离为d问当棱ABCD所成的角θ为何值时该四面体体积有最大值最大值是多少

    解:如图,过点BBECD,并使BECD,则ABEθ,点D到平面ABE的距离就是ABCD的距离d,因此VVA­BCDVA­BEDVD­BEA·BE·ABsin θ·dabdsin θ.θ90°时,即当对棱ABCD垂直时,四面体体积有最大值Vabd.

    A——易错清零练

    1(2018·洛阳模拟)已知球O与棱长为4的正四面体的各棱相切则球O的体积为(  )

    A.π         B.π

    C.π  Dπ

    解析:A 将正四面体补成正方体,则正四面体的棱为正方体面上的对角线,因为正四面体的棱长为4,所以正方体的棱长为2.因为球O与正四面体的各棱都相切,所以球O为正方体的内切球,即球O的直径为正方体的棱长2,则球O的体积VπR3π,故选A.

    2.(2018·成都模拟)如图一个三棱锥的三视图均为直角三角形若该三棱锥的顶点都在同一个球面上则该球的表面积为(  )

    A  B16π

    C24π  D25π

    解析:C 由三视图知该几何体是一个三条侧棱两两垂直的三棱锥,三条侧棱长分别为2,2,4,将该三棱锥补成一个长方体,可知该三棱锥的外接球直径就是长方体的体对角线,所以外接球直径2R2,则R,故该球的表面积为R224π,故选C.

    3(2018·陕西模拟)《九章算术》中将底面是直角三角形的直三棱柱称为堑堵已知某堑堵的三视图如图所示俯视图中间的实线平分矩形的面积则该堑堵的侧面积为(  )

    A2  B42

    C44  D46

    解析:C 由三视图知,该几何体是直三棱柱ABC­A1B1C1,其中ABAA12BCACC90°,其直观图如图所示,侧面为三个矩形,故该堑堵的侧面积S(22)×244,故选C.

    4(2018·湖南长郡中学月考)正方体的8个顶点中4个恰是正四面体的顶点则正方体与正四面体的表面积之比为________

    解析:如图,设正方体的棱长为a,则正方体的表面积为S16a2.正四面体P­ABC的边长为a,则其表面积为S24××a×a×sin 60°2a2.所以正方体与正四面体的表面积之比为S1S26a22a21.

    答案:1

     

    B——方法技巧练

     

    1一个几何体的三视图如图所示则该几何体的体积是(  )

    A6  B8

    C10  D12

    解析:D 根据题中所给的三视图,可以还原几何体,如图所示

    该几何体可以将凸出的部分补到凹进去的地方成为一个长、宽、高分别是3,2,2的长方体,所以该几何体的体积为2×2×312,故选D.

    2(2018·湖南五市十校联考)圆锥的母线长为L过顶点的最大截面的面积为L2则圆锥底面半径与母线长的比的取值范围是(  )

    A.  B

    C.  D

    解析:D 设圆锥的高为h,过顶点的截面的顶角为θ,则过顶点的截面的面积SL2sin θ,而0<sin θ1,所以当sin θ1,即截面为等腰直角三角形时取最大值,故圆锥的轴截面的顶角必须大于或等于90°,得L>rLcos 45°L,所以<1.

    3在长方体ABCD­A1B1C1D1ABAD2AA11则点B到平面D1AC的距离等于________

    解:如图,连接BD1,易知D1D就是三棱锥D1­ABC的高,AD1CD1AC2,取AC的中点O,连接D1O,则D1OAC,所以D1O.

    设点B到平面D1AC的距离为h,则由VB­D1ACVD1­ABC,即SD1AC·hSABC·D1D,又SD1ACD1O·AC××2SABCAB·BC×2×22,所以h.

    答案:

    4.如图侧棱垂直于底面的三棱柱ABC­A1B1C1的底面ABC位于平行四边形ACDEAE2ACAA14E60°B在线段ED

    (1)当点B在何处时平面A1BC平面A1ABB1

    (2)B在线段ED上运动的过程中求三棱柱ABC­A1B1C1表面积的最小值

    解:(1)由于三棱柱ABC­A1B1C1为直三棱柱,则AA1平面ABC

    因为BC平面ABC

    所以AA1BC.AA1ABA,只需BC平面A1ABB1

    ABBC,就有平面A1BC平面A1ABB1

    在平行四边形ACDE中,因为AE2ACAA14E60°.

    BBHACH,则BH.

    ABBC,有BH2AH·CH.

    AC4,得AH13.

    两种情况下,BED的中点或与点D重合

    (2)三棱柱ABC­A1B1C1的表面积等于侧面积与两个底面积之和

    显然三棱柱ABC­A1B1C1其底面积和平面A1ACC1的面积为定值,只需保证侧面A1ABB1和侧面B1BCC1面积之和最小即可

    BBHACH,则BH.

    AHx,则侧面A1ABB1和侧面B1BCC1面积之和等于4(ABBC)4[]

    其中可以表示动点(x,0)到定点(0,-)(4)的距离之和,当且仅当x2时取得最小值所以三棱柱的表面积的最小值为2××4×424×24816.

    5.(2018·石家庄模拟)如图已知四棱锥P­ABCD底面ABCD为正方形PA底面ABCDAB的平面ABFE与侧面PCD的交线为EF且满足SPEFS四边形CDEF13.

    (1)证明PB平面ACE

    (2)PA2AD2求点F到平面ACE的距离

    解:(1)证明:由题知四边形ABCD为正方形,

    ABCD

    CD平面PCDAB平面PCD

    AB平面PCD.

    AB平面ABFE,平面ABFE平面PCDEF

    EFABEFCD.

    SPEFS四边形CDEF13EF分别为PDPC的中点

    如图,连接BDAC于点G,则GBD的中点,连接EG,则EGPB.

    EG平面ACEPB平面ACE

    PB平面ACE.

    (2)PA2ADAB1

    ACAEPD

    PA平面ABCDCDPA

    CDADADPAA

    CD平面PADCDPD.

    RtCDE中,CE.

    ACE中,由余弦定理知cosAECsinAEC

    SACE·AE·CE·sinAEC.

    设点F到平面ACE的距离为h,连接AF,则VF­ACE××hh.

    DGACDGPAACPAADG平面PAC.

    EPD的中点,

    E到平面ACF的距离为DG.

    FPC的中点,SACFSACP

    VE­ACF××.

    VF­ACEVE­ACF,得h,得h

    F到平面ACE的距离为.

     

    C——创新应用练

     

    1某几何体的一条棱长为在该几何体的正视图中这条棱的投影是长为的线段在该几何体的侧视图与俯视图中这条棱的投影分别是长为ab的线段ab的最大值为(  )

    A2  B2

    C4  D2

    解析:C 本题可以以长方体为载体,设该几何体中棱长为的棱与此长方体的体对角线重合,则此棱各射影分别为相邻三面的对角线,其长度分别为ab,设长方体的各棱长分别为xyz,则有a2b28.所以2ab4,当且仅当ab2时取,故ab的最大值为4.

    2(2018·昆明模拟)古人采取用臼舂米的方法脱去稻谷的外壳获得可供食用的大米用于舂米的多用石头或木头制成一个的三视图如图所示则凿去部分(看成一个简单的组合体)的体积为(  )

    A63π  B72π

    C79π  D99π

    解析:A 由三视图得,凿去部分是一个半球与一个圆柱的组合体,其中半球的半径为3,体积为×π×3318π,圆柱的底面半径为3,高为5,体积为π×32×545π.所以凿去部分的体积为18π45π63π.故选A.

    3(2018·沈阳质检)在《九章算术》中将四个面都是直角三角形的四面体称为鳖臑在鳖臑A­BCDAB平面BCDBDCDABBDCDP在棱AC上运动CP的长度为xPBD的面积为f(x)f(x)的图象大致是(  )

    解析:A 如图,作PQBCQ,作QRBDR,连接PR,则由鳖的定义知PQABQRCDPQQR.

    ABBDCD1CPx(0x1),则

    PQ,又

    所以QR

    所以PR

    又由题知PRBD

    所以f(x) ,结合选项知选A.

    4(2018·长春模拟)已知圆锥的侧面展开图是半径为3的扇形则该圆锥体积的最大值为________

    解析:由题意得圆锥的母线长为3,设圆锥的底面半径为r,高为h,则h,所以圆锥的体积Vπr2hπr2π.f(r)9r4r6(r>0),则f(r)36r36r5,令f(r)36r36r56r3(6r2)0,得r,所以当0<r<时,f(r)>0f(r)单调递增,当r>时,f(r)<0f(r)单调递减,所以f(r)maxf()108,所以Vmaxπ×2π.

    答案2π

    5(2018·惠州模拟)某三棱锥的三视图如图所示且图中的三个三角形均为直角三角形xy的最大值为________

     

     

     

    解析:将三视图还原为如图所示的三棱锥P­ABC,其中底面ABC是直角三角形,ABBCPA平面ABCBC2PA2y2102(2)2PA2x2

    所以xyx

    x64

    当且仅当x2128x2,即x8时取等号,因此xy的最大值是64.

    答案:64

    6(2019届高三·湖北七市()联考)《九章算术》是我国古代内容极为丰富的数学名著书中将底面为直角三角形的直棱柱称为堑堵将底面为矩形的棱台称为刍童在如图所示的堑堵ABM­DCP与刍童ABCD­A1B1C1D1的组合体中ABADA1B1A1D1.

    (1)证明直线BD平面MAC

    (2)AB1A1D12MA三棱锥A­A1B1D1的体积V求该组合体的体积

    解:(1)证明:由题可知ABM­DCP是底面为直角三角形的直棱柱,

    AD平面MABADMA

    MAABADABA

    MA平面ABCD

    MABD,又ABAD

    四边形ABCD为正方形,BDAC

    MAACA

    BD平面MAC.

    (2)设刍童ABCD­A1B1C1D1的高为h

    则三棱锥A­A1B1D1的体积V××2×2×hh

    故该组合体的体积V×1××1×(1222)×.

     

     

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