专题03 立体几何大题综合-【冲刺双一流之大题必刷】备战2024年高考数学冲刺双一流之大题必刷满分冲刺(文科)(陕西专用)

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2023-06-10
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专题03 立体几何大题综合(文科)(陕西专用) 一、解答题 1.(2023·陕西宝鸡·统考二模)如图,在四棱锥P-ABCD中,PD⊥底面ABCD,,,,,E为棱PD上一点. (1)求证:无论点E在棱PD的任何位置,都有成立; (2)若在PB上存在一点H,且,求三棱锥C-ABH的体积 【答案】(1)证明见解析 (2) 【分析】(1)由已知线面垂直得,再由线面垂直判定定理得CD⊥平面PAD,从而可证得题设线线垂直; (2)由体积公式计算. 【详解】(1)因为PD⊥平面ABCD,平面ABCD, 所以, 因为,,AD,平面PAD, 所以CD⊥平面PAD, 因为E为棱PD上一点, 所以平面PAD, 所以. (2)因为PD⊥平面ABCD,沿H做下底面ABCD垂线HM,可知, 所以三棱锥C-ABH的体积就等于三棱锥H-ABC的体积, 所以. 2.(2023·陕西咸阳·统考三模)如图,三棱柱的侧面是边长为1的正方形,侧面侧面,,,G是的中点. (1)求证:平面平面; (2)若P为线段BC的中点,求三棱锥的体积. 【答案】(1)证明见解析 (2) 【分析】(1)在中,由余弦定理求出,由勾股定理逆定理得出,再说明平面和平面GBC,即可证明; (2)由,说明PB为三棱锥的高,即可求出体积. 【详解】(1)在中,,,, 则在中,由余弦定理得, 因为,即, 所以, 由已知平面平面,且平面平面, 又平面,故平面, 又平面GBC,则平面平面. (2)由题意知,, 由(1)知,平面,平面, 则, 又,且,平面, 可得平面,因此PB为三棱锥的高, 因为,, 所以, 又, 所以. 3.(2023·陕西西安·统考三模)如图,在三棱柱中,平面ABC,D,E分别为AC,的中点,,. (1)求证:平面; (2)求点D到平面ABE的距离. 【答案】(1)证明见解析; (2) 【分析】(1)通过证明,,得证平面. (2)由,利用体积法求点D到平面ABE的距离. 【详解】(1)证明:∵,D,E分别为AC,的中点, ∴,且, 又平面,∴平面, 又平面,∴, 又,且,平面, ∴平面. (2)∵,,, ∴, ∴,,. 在中,,, ∴边上的高为. ∴. 设点D到平面ABE的距离为d, 根据,得,解得, 所以点D到平面ABE的距离为. 4.(2023·陕西安康·统考三模)如图,四棱锥中,平面,四边形是正方形,,,分别是棱,,的中点. (1)证明:平面; (2)若,求点到平面的距离. 【答案】(1)证明见解析 (2) 【分析】(1)连接DE,推导四边形BEDF是平行四边形,从而得到,再得到,从而平面BFG,平面BFG,进而得到平面平面BFG,因此得证平面; (2)由平面,,可得平面ABCD,作,垂足为M,则,进而得到平面BFG,即的长是点C到平面BFG的距离,再利用等面积法求解即可. 【详解】(1)连接DE, ∵ABCD是正方形,E,F分别是棱BC,AD的中点, ∴,, ∴四边形BEDF是平行四边形, ∴, ∵G是PA的中点, ∴, ∵PD,DE平面BFG,FG,BF平面BFG, ∴平面BFG,平面BFG, ∵,直线PD,DE在平面PDE内, ∴平面平面BFG, ∵PE平面PDE, ∴平面BFG. (2)∵平面,, ∴平面ABCD, 过C在平面ABCD内,作,垂足为M,则, ∵,又直线FG,BF在平面BFG内, ∴平面BFG, ∴的长是点C到平面BFG的距离, ∵中,, ∴由等面积可得, ∴点C到平面BFG的距离为. 5.(2023·陕西咸阳·统考模拟预测)如图,已知直四棱柱,底面是菱形,,,,是和的交点,是的中点.    (1)证明:平面; (2)求直线平面的距离. 【答案】(1)证明见解析 (2) 【分析】(1)利用线面垂直的判定定理可证平面,根据线垂直性质得到,由已知可得,利用等边三角形三线合一的性质可得,再利用线面垂直的判定定理可证平面; (2)由线面平行的判定定理可知平面,即点到平面的距离为所求,根据勾股定理逆定理可证,再利用等体积法求解即可. 【详解】(1)证明:在直四棱柱中,底面ABCD,而底面ABCD, , 已知底面是菱形,, 而,平面, 平面,又,平面, 而平面,,    在菱形中,已知,,可得, 又,在中,, ,而是的中点,知, 又,平面, 所以平面. (2),平面,平面, 平面,即点到平面的距离为所求, 在三棱锥中,易知到平面的距离等于到直线的距离为,且, 在中,,,,可得,即 ∴ 设到平面的距离为,由三棱锥体积关系, 得,解得, 故直线平面的距离为. 6.(2023·陕西商洛·统考三模)如图,四棱锥的底面是等腰梯形,,,,底面ABCD,为棱上的一点. (1)证明:; (2)若三棱锥的体积为,求的值. 【答案】(1)证明见解析 (2) 【分析】(1)过点作,垂足

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