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2024年新高考数学一轮复习题型归类与强化测试专题42空间点线面之间的位置关系(学生版)
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这是一份2024年新高考数学一轮复习题型归类与强化测试专题42空间点线面之间的位置关系(学生版),共10页。试卷主要包含了【知识梳理】,【题型归类】,【培优训练】,【强化测试】等内容,欢迎下载使用。
【考纲要求】
1.借助长方体,在直观认识空间点、直线、平面的位置关系的基础上抽象出空间点、直线、平面的位置关系的定义.
2.了解四个基本事实和一个定理,并能应用定理解决问题.
【考点预测】
1.与平面有关的基本事实及推论
(1)与平面有关的三个基本事实
(2)基本事实1的三个推论
2.空间点、直线、平面之间的位置关系
3.基本事实4和等角定理
平行公理:平行于同一条直线的两条直线互相平行.
等角定理:如果空间中两个角的两边分别对应平行,那么这两个角相等或互补.
4.异面直线所成的角
(1)定义:已知a,b是两条异面直线,经过空间任意一点O作直线a′∥a,b′∥b,把a′与b′所成的角叫做异面直线a与b所成的角(或夹角).
(2)范围:eq \b\lc\(\rc\](\a\vs4\al\c1(0,\f(π,2))).
【常用结论】
1.证明点共线与线共点都需用到基本事实3.
2.两异面直线所成的角归结到一个三角形的内角时,容易忽视这个三角形的内角可能等于两异面直线所成的角,也可能等于其补角.
【方法技巧】
1.共面、共线、共点问题的证明
(1)证明共面的方法:先确定一个平面,然后再证其余的线(或点)在这个平面内.
(2)证明共线的方法:先由两点确定一条直线,再证其他各点都在这条直线上.
(3)证明共点的方法:先证其中两条直线交于一点,再证其他直线经过该点.
2.点、直线、平面位置关系的判定,注意构造几何体(长方体、正方体)模型来判断,常借助正方体为模型.
3.求异面直线所成的角的三个步骤
一作:根据定义作平行线,作出异面直线所成的角.
二证:证明作出的角是异面直线所成的角.
三求:解三角形,求出所作的角.
4.作截面应遵循的三个原则:
①在同一平面上的两点可引直线;
②凡是相交的直线都要画出它们的交点;
③凡是相交的平面都要画出它们的交线.
5.作交线的方法有如下两种:
①利用基本事实3作交线;
②利用线面平行及面面平行的性质定理去寻找线面平行及面面平行,然后根据性质作出交线.
二、【题型归类】
【题型一】平面的基本性质
【典例1】如图所示,在正方体ABCDA1B1C1D中,E,F分别是AB和AA1的中点,求证:E,C,D1,F四点共面.
【典例2】(多选)如图,在长方体ABCD A1B1C1D1中,O是DB的中点,直线A1C交平面C1BD于点M,则下列结论正确的是( )
A.C1,M,O三点共线
B.C1,M,O,C四点共面
C.C1,O,A1,M四点共面
D.D1,D,O,M四点共面
【典例3】如图,空间四边形ABCD中,E,F分别是AB,AD的中点,G,H分别在BC,CD上,且BG∶GC=DH∶HC=1∶2.
(1)求证:E,F,G,H四点共面;
(2)设EG与FH交于点P,求证:P,A,C三点共线.
【题型二】空间两直线的位置关系
【典例1】如图,点N为正方形ABCD的中心,△ECD为正三角形,平面ECD⊥平面ABCD,M是线段ED的中点,则( )
A.BM=EN,且直线BM,EN是相交直线
B.BM≠EN,且直线BM,EN是相交直线
C.BM=EN,且直线BM,EN是异面直线
D.BM≠EN,且直线BM,EN是异面直线
【典例2】已知空间三条直线l,m,n,若l与m异面,且l与n异面,则( )
A.m与n异面
B.m与n相交
C.m与n平行
D.m与n异面、相交、平行均有可能
【典例3】如图,正方体ABCDA1B1C1D1中,M,N分别为棱C1D1,C1C的中点,有以下四个结论:
①直线AM与CC1是相交直线;
②直线AM与BN是平行直线;
③直线BN与MB1是异面直线;
④直线AM与DD1是异面直线.
其中正确的结论是________(注:把你认为正确的结论的序号都填上).
【题型三】求两条异面直线所成的角
【典例1】如图,在底面为正方形,侧棱垂直于底面的四棱柱ABCD—A1B1C1D1中,AA1=2AB=2,则异面直线A1B与AD1所成角的余弦值为( )
A.eq \f(1,5) B.eq \f(2,5)
C.eq \f(3,5) D.eq \f(4,5)
【典例2】在长方体ABCDA1B1C1D1中,AB=BC=1,AA1=eq \r(3),则异面直线AD1与DB1所成角的余弦值为( )
A.eq \f(1,5) B.eq \f(\r(5),6) C.eq \f(\r(5),5) D.eq \f(\r(2),2)
【典例3】在正方体ABCD-A1B1C1D1中,P为B1D1的中点,则直线PB与AD1所成的角为( )
A.eq \f(π,2) B.eq \f(π,3) C.eq \f(π,4) D.eq \f(π,6)
【题型四】空间几何体的切割(截面)问题
【典例1】在正方体ABCD-A1B1C1D1中,M,N分别是棱DD1和BB1上的点,MD=eq \f(1,3)DD1,NB=eq \f(1,3)BB1,那么正方体中过M,N,C1的截面图形是( )
A.三角形 B.四边形
C.五边形 D.六边形
【典例2】(多选)正方体ABCD-A1B1C1D1的棱长为2,已知平面α⊥AC1,则关于α截此正方体所得截面的判断正确的是( )
A.截面形状可能为正三角形
B.截面形状可能为正方形
C.截面形状可能为正六边形
D.截面面积最大值为3eq \r(3)
【典例3】如图,正方体A1C的棱长为1,点M在棱A1D1上,A1M=2MD1,过M的平面α与平面A1BC1平行,且与正方体各面相交得到截面多边形,则该截面多边形的周长为________.
三、【培优训练】
【训练一】平面α过正方体ABCDA1B1C1D1的顶点A,α∥平面CB1D1,α∩平面ABCD=m,α∩平面ABB1A1=n,则m,n所成角的正弦值为( )
A.eq \f(\r(3),2) B.eq \f(\r(2),2) C.eq \f(\r(3),3) D.eq \f(1,3)
【训练二】已知直四棱柱ABCDA1B1C1D1的棱长均为2,∠BAD=60°.以D1为球心,eq \r(5)为半径的球面与侧面BCC1B1的交线长为________.
【训练三】如图,E,F,G,H分别是空间四边形ABCD各边上的点,且AE∶EB=AH∶HD=m,CF∶FB=CG∶GD=n.
(1)证明:E,F,G,H四点共面;
(2)m,n满足什么条件时,四边形EFGH是平行四边形?
(3)在(2)的条件下,若AC⊥BD,试证明:EG=FH.
【训练四】如图1,在边长为4的正三角形ABC中,D,F分别为AB,AC的中点,E为AD的中点.将△BCD与△AEF分别沿CD,EF同侧折起,使得二面角A-EF-D与二面角B-CD-E的大小都等于90°,得到如图2所示的多面体.
(1)在多面体中,求证: A,B,D,E四点共面;
(2)求多面体的体积.
【训练五】如图1,在边长为4的正三角形ABC中,D,F分别为AB,AC的中点,E为AD的中点.将△BCD与△AEF分别沿CD,EF同侧折起,使得二面角A-EF-D与二面角B-CD-E的大小都等于90°,得到如图2所示的多面体.
图1 图2
(1)在多面体中,求证: A,B,D,E四点共面;
(2)求多面体的体积.
【训练六】如图,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD为正方形,边长为4,E为AB的中点,PE⊥平面ABCD.
(1)若△PAB为等边三角形,求四棱锥P-ABCD的体积;
(2)若CD的中点为F,PF与平面ABCD所成角为45°,求PC与AD所成角的正切值.
四、【强化测试】
【单选题】
1. 已知直线a和平面α,β,α∩β=l,a⊄α,a⊄β,且a在α,β内的射影分别为直线b和c,则直线b和c的位置关系是( )
A.相交或平行 B.相交或异面
C.平行或异面 D.相交、平行或异面
2. 在四面体ABCD中,点E,F,G,H分别在直线AD,AB,CD,BC上,若直线EF和GH相交,则它们的交点一定( )
A.在直线DB上 B.在直线AB上
C.在直线CB上 D.都不对
3. 如图所示,平面α∩平面β=l,A∈α,B∈α,AB∩l=D,C∈β,C∉l,则平面ABC与平面β的交线是( )
A.直线AC B.直线AB
C.直线CD D.直线BC
4. 如图,在三棱柱ABCA1B1C1中,底面三角形A1B1C1是正三角形,E是BC的中点,则下列叙述正确的是( )
A.CC1与B1E是异面直线
B.C1C与AE共面
C.AE与B1C1是异面直线
D.AE与B1C1所成的角为60°
5. 已知直线l⊄平面α,直线m⊂平面α,给出下面四个结论:①若l与m不垂直,则l与α一定不垂直;②若l与m所成的角为30°,则l与α所成的角也为30°;③l∥m是l∥α的必要不充分条件;④若l与α相交,则l与m一定是异面直线.其中正确结论的个数为( )
A.1 B.2 C.3 D.4
6. 如图,在正方体ABCDA′B′C′D′中,平面α垂直于对角线AC′,且平面α截得正方体的六个表面得到截面六边形,记此截面六边形的面积为S,周长为l,则( )
A.S为定值,l不为定值 B.S不为定值,l为定值
C.S与l均为定值 D.S与l均不为定值
7. 如图,已知线段AB垂直于定圆所在的平面,B,C是圆上的两点,H是点B在AC上的射影,当点C运动时,点H运动的轨迹( )
A.是圆 B.是椭圆
C.是抛物线 D.不是平面图形
8. 如图,点N为正方形ABCD的中心,△ECD为正三角形,平面ECD⊥平面ABCD,M是线段ED的中点,则( )
A.BM=EN,且直线BM,EN是相交直线
B.BM≠EN,且直线BM,EN是相交直线
C.BM=EN,且直线BM,EN是异面直线
D.BM≠EN,且直线BM,EN是异面直线
【多选题】
9. 四棱锥P-ABCD的所有棱长都相等,M,N分别为PA,CD的中点,下列说法正确的是( )
A.MN与PD是异面直线
B.MN∥平面PBC
C.MN∥AC
D.MN⊥PB
10. 下图中,G,N,M,H分别是正三棱柱(两底面为正三角形的直棱柱)的顶点或所在棱的中点,则表示直线GH,MN是异面直线的图形有( )
11. 如图所示,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,O是B1D1的中点,直线A1C交平面AB1D1于点M,则下列结论正确的是( )
A.A,M,O三点共线 B.A,M,O,A1共面
C.A,M,C,O共面 D.B,B1,O,M共面
12. 如图,已知二面角A-BD-C的大小为eq \f(π,3),G,H分别是BC,CD的中点,E,F分别在AD,AB上,eq \f(AE,AD)=eq \f(AF,AB)=eq \f(1,3),且AC⊥平面BCD,则以下说法正确的是( )
A.E,F,G,H四点共面
B.FG∥平面ADC
C.若直线FG,HE交于点P,则P,A,C三点共线
D.若△ABD的面积为6,则△BCD的面积为3
【填空题】
13. 已知在直三棱柱ABC-A1B1C1中,∠ABC=120°,AB=2,BC=CC1=1,则异面直线AB1与BC1所成角的余弦值为________.
14. 在空间中,给出下面四个命题,其中假命题为________.(填序号)
①过平面α外的两点,有且只有一个平面与平面α垂直;
②若平面β内有不共线三点到平面α的距离都相等,则α∥β;
③若直线l与平面α内的任意一条直线垂直,则l⊥α;
④两条异面直线在同一平面内的射影一定是两条相交直线.
15. 在正方体ABCD-A1B1C1D1中,E,F,P,Q分别为A1B,B1D1,A1D,CD1的中点,则直线EF与PQ所成角的大小是________.
16. 在棱长为4的正方体ABCD-A1B1C1D1中,P,Q分别为棱A1D1,CC1的中点,过P,Q,A作正方体的截面,则截面多边形的周长是________.
【解答题】
17. 如图,在正方体ABCDA1B1C1D1中,O为正方形ABCD的中心,H为直线B1D与平面ACD1的交点.求证:D1,H,O三点共线.
18. 如图,在三棱锥PABC中,PA⊥底面ABC,D是PC的中点.已知∠BAC=eq \f(π,2),AB=2,AC=2eq \r(3),PA=2.求:
(1)三棱锥PABC的体积;
(2)异面直线BC与AD所成角的余弦值.
19. 如图,在棱长为a的正方体ABCDA1B1C1D1中,M,N分别是AA1,D1C1的中点,过D,M,N三点的平面与正方体的下底面相交于直线l.
(1)画出l的位置;
(2)设l∩A1B1=P,求PB1的长.
20. 如图所示,A是△BCD所在平面外的一点,E,F分别是BC,AD的中点.
(1)求证:直线EF与BD是异面直线;
(2)若AC⊥BD,AC=BD,求EF与BD所成的角.
21. 如图,在四棱锥O-ABCD中,底面ABCD是边长为2的正方形,OA⊥底面ABCD,OA=2,M为OA的中点.
(1)求四棱锥O-ABCD的体积;
(2)求异面直线OC与MD所成角的正切值.
22. 如图,四棱柱ABCD-A1B1C1D1的侧棱AA1⊥底面ABCD,四边形ABCD为菱形,E,F分别为AA1,CC1的中点,M为AB上一点.
(1)若D1E与CM相交于点K,求证D1E,CM,DA三条直线相交于同一点;基本事实
内容
图形
符号
基本
事实1
过不在一条直线上的三个点,有且只有一个平面
A,B,C三点不共线⇒存在唯一的α使A,B,C∈α
基本
事实2
如果一条直线上的两个点在一个平面内,那么这条直线在这个平面内
A∈l,B∈l,且A∈α,B∈α⇒l⊂α
基本
事实3
如果两个不重合的平面有一个公共点,那么它们有且只有一条过该点的公共直线
P∈α,且P∈β⇒α∩β=l,且P∈l
推论
内容
图形
作用
推论1
经过一条直线和这条直线外一点,有且只有一个平面
确定平面的依据
推论2
经过两条相交直线,有且只有一个平面
推论3
经过两条平行直线,有且只有一个平面
直线与直线
直线与平面
平面与平面
平行关系
图形
语言
符号
语言
a∥b
a∥α
α∥β
相交关系
图形
语言
符号
语言
a∩b=A
a∩α=A
α∩β=l
独有关系
图形
语言
符号
语言
a,b是
异面直线
a⊂α
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