高考数学一轮复习 专题8.1 空间几何体及其三视图和直观图(讲)
展开高考数学一轮复习策略
1、揣摩例题。
课本上和老师讲解的例题,一般都具有一定的典型性和代表性。要认真研究,深刻理解,要透过“样板”,学会通过逻辑思维,灵活运用所学知识去分析问题和解决问题,特别是要学习分析问题的思路、解决问题的方法,并能总结出解题的规律。
2、精练习题
复习时不要搞“题海战术”,应在老师的指导下,选一些源于课本的变式题,或体现基本概念、基本方法的基本题,通过解题来提高思维能力和解题技巧,加深对所学知识的深入理解。在解题时,要独立思考,一题多思,一题多解,反复玩味,悟出道理。
3、加强审题的规范性
每每大考过后,总有同学抱怨没考好,纠其原因是考试时没有注意审题。审题决定了成功与否,不解决这个问题势必影响到高考的成败。那么怎么审题呢? 应找出题目中的已知条件 ;善于挖掘题目中的隐含条件 ;认真分析条件与目标的联系,确定解题思路 。
4、重视错题
“错误是最好的老师”,但更重要的是寻找错因,及时进行总结,三五个字,一两句话都行,言简意赅,切中要害,以利于吸取教训,力求相同的错误不犯第二次。
专题8.1 空间几何体及其三视图和直观图
新课程考试要求 | 1.了解多面体和旋转体的概念,理解柱、锥、台、球的结构特征. 2.理解简单空间图形 (柱、锥、台、球的简易组合) 的含义,了解中心投影的含义,掌握平行投影的含义. 3.理解三视图和直观图间的关系,掌握三视图所表示的空间几何体.会用斜二测法画出它们的直观图. |
核心素养 | 本节涉及的数学核心素养:数学运算、逻辑推理、直观想象等. |
考向预测 | (1)以考查三视图、几何体的结构特征以及几何体的面积体积计算为主,三视图基本稳定为选择题或填空题,难度中等以下;几何体的结构特征往往在解答题中考查,与平行关系、垂直关系等相结合. (2)与立体几何相关的“数学文化”等相结合,考查数学的应用. (3)三视图是高考重点考查的内容,考查内容有三视图的识别;三视图与直观图的联系与转化;求与三视图对应的几何体的表面积与体积.命题形式为用客观题考查识读图形和面积体积计算,解答题往往以常见几何体为载体考查空间想象能力和推理运算能力,期间需要灵活应用几何体的结构特征. |
【知识清单】
知识点1.空间几何体的结构特征
一、多面体的结构特征
多面体 | 结构特征 |
棱柱 | 有两个面互相平行,其余各面都是四边形,并且每相邻两个面的交线都平行且相等 |
棱锥 | 有一个面是多边形,而其余各面都是有一个公共顶点的三角形 |
棱台 | 棱锥被平行于底面的平面所截,截面和底面之间的部分 |
二、旋转体的形成
几何体 | 旋转图形 | 旋转轴 |
圆柱 | 矩形 | 任一边所在的直线 |
圆锥 | 直角三角形 | 一条直角边所在的直线 |
圆台 | 直角梯形 | 垂直于底边的腰所在的直线 |
球 | 半圆 | 直径所在的直线 |
三、简单组合体
简单组合体的构成有两种基本形式:一种是由简单几何体拼接而成;一种是由简单几何体截去或挖去一部分而成,有多面体与多面体、多面体与旋转体、旋转体与旋转体的组合体.
知识点2.空间几何体的直观图
简单几何体的直观图常用斜二测画法来画,基本步骤是:
(1)画几何体的底面
在已知图形中取互相垂直的x轴、y轴,两轴相交于点O,画直观图时,把它们画成对应的x′轴、y′轴,两轴相交于点O′,且使∠x′O′y′=45°或135°,已知图形中平行于x轴、y轴的线段,在直观图中平行于x′轴、y′轴.已知图形中平行于x轴的线段,在直观图中长度不变,平行于y轴的线段,长度变为原来的一半.
(2)画几何体的高
在已知图形中过O点作z轴垂直于xOy平面,在直观图中对应的z′轴,也垂直于x′O′y′平面,已知图形中平行于z轴的线段,在直观图中仍平行于z′轴且长度不变.
知识点3.空间几何体的三视图
三视图
几何体的三视图包括正视图、侧视图、俯视图,分别是从几何体的正前方、正左方、正上方观察几何体画出的轮廓线.
三视图中,正视图和侧视图一样高,正视图和俯视图一样长,侧视图和俯视图一样宽.即“长对正,宽相等,高平齐”.
【考点分类剖析】
考点一 :空间几何体的结构特征
【典例1】(2021·江苏高考真题)若圆锥的轴截面为等腰直角三角形,则它的底面积与侧面积之比是( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
根据题意作图,由轴截面得出母线与底面圆半径的等量关系,再套公式求解.
【详解】
根据题意作图,
设圆锥的底面圆半径为,高为 ,母线长为 .
若圆锥的轴截面为等腰直角三角形,
则有,.
该圆锥的底面积与侧面积比值为.
故选:C.
【典例2】(2018·上海高考真题)《九章算术》中,称底面为矩形而有一侧棱垂直于底面的四棱锥为阳马,设是正六棱柱的一条侧棱,如图,若阳马以该正六棱柱的顶点为顶点、以为底面矩形的一边,则这样的阳马的个数是( )
A.4 B.8 C.12 D.16
【答案】D
【解析】
根据正六边形的性质,则D1﹣A1ABB1,D1﹣A1AFF1满足题意,
而C1,E1,C,D,E,和D1一样,有2×4=8,
当A1ACC1为底面矩形,有4个满足题意,
当A1AEE1为底面矩形,有4个满足题意,
故有8+4+4=16
故选:D.
【总结提升】
解决与空间几何体结构特征有关问题的技巧
(1)关于空间几何体的结构特征辨析关键是紧扣各种空间几何体的概念,要善于通过举反例对概念进行辨析,即要说明一个命题是错误的,只需举一反例即可.
(2)圆柱、圆锥、圆台的有关元素都集中在轴截面上,解题时要注意用好轴截面中各元素的关系.
(3)既然棱(圆)台是由棱(圆)锥定义的,所以在解决棱(圆)台问题时,要注意“还台为锥”的解题策略.
【变式探究】
1.(2021·唐山市第十一中学高一月考)以下命题正确的是( )
A.直角三角形绕其一边所在直线旋转得到的旋转体是圆锥
B.夹在圆柱的两个平行截面间的几何体还是圆柱
C.圆锥截去一个小圆锥后剩余部分是圆台
D.棱锥截去一个小棱锥后剩余部分是棱台
【答案】C
【解析】
根据圆锥的几何特征即可判断A;
根据圆柱的几何特征即可判断B;
根据圆台的几何特征即可判断C;
根据棱台的几何特征即可判断D.
【详解】
解:对于A:直角三角形的斜边为轴旋转一周所得的旋转体不是圆锥,故A错误;
对于B:,因为当两平行的截面与圆柱的底面不平行时,截得的几何体的两个平行的底面有可能是椭圆,另外当截面平行于圆柱的高线时,截得的几何体也不是圆柱,故B错误;
对于C:圆锥截去一个小圆锥后剩余部分是圆台,正确;
对于选项D:当截面不平行于底面时,棱锥截去一个小棱锥后剩余部分不是棱台,故D错.
故选:C.
2.【多选题】(2021·湖北高一期末)过正方体棱上三点D,E,F(均为棱中点)确定的截面过点P(点P为BB1中点)有( )
A. B.
C. D.
【答案】AD
【解析】
根据正方体的性质对ABD作出截面后判断,对C由四点不共面可判断.
【详解】
A中过三点的截面如图,可知截面过点,
B中过三点的截面如图,可知截面不过点,
C中,在正方体的一个侧面上,而不在这个侧面上,因此四点不共面,过三点的截面不过点,
D中,过三点的截面如图,可知截面过点.
故选:AD.
【特别提醒】
三棱柱、四棱柱、正方体、长方体、三棱锥、四棱锥是常见的空间几何体,也是重要的几何模型,要特别注意掌握它们的几何特征.
考点二 :空间几何体的直观图
【典例3】(2021·浙江高一期末)已知的面积为,用斜二测法画出其水平放置的直观图如图所示,若,则的长为________.
【答案】1
【解析】
根据斜二测法求出直观图△的面积,利用三角形面积公式求出,再利用余弦定理求出的值.
【详解】
解:的面积为,
则用斜二测法画出其水平放置的直观图△的面积为,
即,解得,
△中,由余弦定理得,,
所以.
故答案为:1.
【典例4】(2020-2021学年高一)如图,、分别为正方形的面与面的中心,则四边形在正方体的面上的正投影可能是(要求:把可能的图的序号都填上)________
【答案】②③
【解析】
根据正方体的性质,只需确定四边形在面、面、面上的射影即可,结合平行投影的特点,画出投影形状即可.
【详解】
由正方体是对称的几何体,四边形在该正方体的面上的射影可分为:自上而下、自左至右、由前及后三个方向的射影,即在面、面、面上的射影.
四边形在面和面上的射影相同,如下图所示;
四边形在该正方体对角面的内,它在面上的射影显然是一条线段,如下图示:
故答案为:②③.
【总结提升】
1.用斜二测画法画直观图的技巧
在原图形中与x轴或y轴平行的线段在直观图中与x′轴或y′轴平行,原图中不与坐标轴平行的直线段可以先画出线段的端点再连线,原图中的曲线段可以通过取一些关键点,作出在直观图中的相应点后,用平滑的曲线连接而画出.
2.解决有关“斜二测画法”问题时,一般在已知图形中建立直角坐标系,尽量运用图形中原有的垂直直线或图形的对称轴为坐标轴,图形的对称中心为原点,注意两个图形中关键线段长度的关系.
3.按照斜二测画法得到的平面图形的直观图,其面积与原图形的面积有以下关系:
S直观图=S原图形,S原图形=S直观图.
【变式探究】
1. (2020·安徽金安�六安一中高一期末(理))如图所示,是水平放置的的直观图,轴,轴,,,则中,( )
A.2 B.5 C.4 D.
【答案】B
【解析】
根据直观图可知,所以.
故选:B
2.(2021·东莞市新世纪英才学校高一月考)一个梯形的直观图是一个如图所示的等腰梯形,且,,,则原梯形的面积为( )
A. B. C.8 D.4
【答案】C
【解析】
由题意,原图形为直角梯形,在原图形中,,,,即可求出原梯形的面积.
【详解】
解:由题意,原图形为直角梯形,在原图形中,,,,
所以原梯形的面积为,
故选:C.
考点三 : 空间几何体的三视图
【典例5】(2021·全国高考真题(文))在一个正方体中,过顶点A的三条棱的中点分别为E,F,G.该正方体截去三棱锥后,所得多面体的三视图中,正视图如图所示,则相应的侧视图是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】
根据题意及题目所给的正视图还原出几何体的直观图,结合直观图进行判断.
【详解】
由题意及正视图可得几何体的直观图,如图所示,
所以其侧视图为
故选:D
【典例6】(2018年理新课标I卷)某圆柱的高为2,底面周长为16,其三视图如右图.圆柱表面上的点在正视图上的对应点为,圆柱表面上的点在左视图上的对应点为,则在此圆柱侧面上,从到的路径中,最短路径的长度为( )
A. B.
C. D. 2
【答案】B[来源:教培星球ZXXK]
【解析】
根据圆柱的三视图以及其本身的特征,可以确定点M和点N分别在以圆柱的高为长方形的宽,圆柱底面圆周长的四分之一为长的长方形的对角线的端点处,所以所求的最短路径的长度为,故选B.
【规律方法】
三视图中的数据与原几何体中的数据不一定一一对应,识图要注意甄别. 揭示空间几何体的结构特征,包括几何体的形状,平行垂直等结构特征,这些正是数据运算的依据.还原几何体的基本要素是“长对齐,高平直,宽相等”.
简单几何体的三视图是该几何体在三个两两垂直的平面上的正投影,并不是从三个方向看到的该几何体的侧面表示的图形.
在画三视图时,重叠的线只画一条,能看见的轮廓线和棱用实线表示,挡住的线要画成虚线.
【典例7】(2021·浙江高考真题)某几何体的三视图如图所示,则该几何体的体积是( )
A. B.3 C. D.
【答案】A
【解析】
根据三视图可得如图所示的几何体,根据棱柱的体积公式可求其体积.
【详解】
几何体为如图所示的四棱柱,其高为1,底面为等腰梯形,
该等腰梯形的上底为,下底为,腰长为1,故梯形的高为,
故,
故选:A.
【典例8】(2020·全国高考真题(文))下图为某几何体的三视图,则该几何体的表面积是( )
A.6+4 B.4+4 C.6+2 D.4+2
【答案】C
【解析】
根据三视图特征,在正方体中截取出符合题意的立体图形
根据立体图形可得:
根据勾股定理可得:
是边长为的等边三角形
根据三角形面积公式可得:
该几何体的表面积是:.
故选:C.
【总结提升】
1.三视图问题的常见类型及解题策略
(1)由几何体的直观图求三视图.注意观察方向,注意看到的部分用实线表示,不能看到的部分用虚线表示.
(2)由几何体的三视图还原几何体的形状.要熟悉柱、锥、台、球的三视图,明确三视图的形成原理,结合空间想象将三视图还原为实物图.
(3)由几何体的部分视图画出剩余的部分视图.先根据已知的一部分三视图,还原、推测直观图的可能形状,然后再找其剩下部分三视图的可能形状.当然作为选择题,也可将选项逐项代入,再看看给出的部分三视图是否符合.
2.几类空间几何体表面积、体积的求法
(1)多面体:其表面积是各个面的面积之和.
(2)旋转体:其表面积等于侧面面积与底面面积的和.
(3)简单组合体:应搞清各构成部分,并注意重合部分的删、补.
(4)若以三视图形式给出,解题的关键是根据三视图,想象出原几何体及几何体中各元素间的位置关系及数量关系.
【变式探究】
1.(2018年文北京卷)某四棱锥的三视图如图所示,在此四棱锥的侧面中,直角三角形的个数为( )
A. 1 B. 2 C. 3 D. 4
【答案】C
共三个,故选C.
2.(2018·全国高考真题(文))中国古建筑借助榫卯将木构件连接起来,构件的凸出部分叫榫头,凹进部分叫卯眼,图中木构件右边的小长方体是榫头.若如图摆放的木构件与某一带卯眼的木构件咬合成长方体,则咬合时带卯眼的木构件的俯视图可以是( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】
由题意知,题干中所给的是榫头,是凸出的几何体,求得是卯眼的俯视图,卯眼是凹进去的,即俯视图中应有一不可见的长方形,
且俯视图应为对称图形
故俯视图为
故选A.
3.(2019·浙江高考真题)祖暅是我国南北朝时代的伟大科学家.他提出的“幂势既同,则积不容易”称为祖暅原理,利用该原理可以得到柱体体积公式,其中是柱体的底面积,是柱体的高,若某柱体的三视图如图所示,则该柱体的体积是( )
A.158 B.162
C.182 D.32
【答案】B
【解析】
由三视图得该棱柱的高为6,底面可以看作是由两个直角梯形组合而成的,其中一个上底为4,下底为6,高为3,另一个的上底为2,下底为6,高为3,则该棱柱的体积为.
4. (2021·江西景德镇一中高三月考(理))如图,网格纸上小正方形的边长为1,粗线条画出的是一个四面体的三视图,则该四面体四个面中,最大面的面积为( )
A.2 B. C.3 D.4
【答案】C
【解析】
由三视图可知,四面体可以嵌入到棱长为2的正方体中,其中,分别是对应棱的中点,如图所示. 分别计算出四个面的面积,进而可得结果.
【详解】
由三视图可知,四面体可以嵌入到棱长为2的正方体中,其中,分别是对应棱的中点,如图所示.
的面积为,
的面积为,
的面积为,
对于,,,,
由余弦定理得,则,
所以,的面积为.
故该四面体四个面中,最大面的面积为3.
故选:C.
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