内容正文:
专题10 立体几何综合
目录一览
2023真题展现
考向一 求二面角
考向二 求距离
真题考查解读
近年真题对比
考向一 求三棱锥体积
考向二 求二面角
命题规律解密
名校模拟探源
易错易混速记/二级结论速记
考向一 求二面角
1.(2023•新高考Ⅱ•第20题)如图,三棱锥A﹣BCD中,DA=DB=DC,BD⊥CD,∠ADB=∠ADC=60°,E为BC中点.
(1)证明BC⊥DA;
(2)点F满足,求二面角D﹣AB﹣F的正弦值.
证明:(1)连接AE,DE,
∵DB=DC,E为BC中点.
∴DE⊥BC,
又∵DA=DB=DC,∠ADB=∠ADC=60°,
∴△ACD与△ABD 均为等边三角形,
∴AC=AB,
∴AE⊥BC,AE∩DE=E,
∴BC⊥平面ADE,
∵AD⊂平面ADE,
∴BC⊥DA.
(2)解:设DA=DB=DC=2,
∴,
∵,AD=2,
∴AE2+DE2=4=AD2,
∴AE⊥DE,
又∵AE⊥BC,DE∩BC=E,
∴AE⊥平面BCD,
以E为原点,建立如图所示空间直角坐标系,
,,,E(0,0,0),
∵,
∴,
∴,,,
设平面DAB与平面ABF的一个法向量分别为,,
则,令x1=1,解得y1=z1=1,
,令y2=1,解得x2=0,z2=1,
故(1,1,1),(0,1,1),
设二面角D﹣AB﹣F的平面角为θ,
则|cosθ|,
故sinθ,
所以二面角D﹣AB﹣F的正弦值为.
考向二 求距离
2.(2023•新高考Ⅰ•第18题)如图,在正四棱柱ABCD﹣A1B1C1D中,AB=2,AA1=4.点A2,B2,C2,D2分别在棱AA1,BB1,CC1,DD1上,AA2=1,BB2=DD2=2,CC2=3.
(1)证明:B2C2∥A2D2;
(2)点P在棱BB1上,当二面角P﹣A2C2﹣D2为150°时,求B2P.
解:(1)证明:根据题意建系如图,则有:
B2(0,2,2),C2(0,0,3),A2(2,2,1),D2(2,0,2),
∴,,
∴,又B2,C2,A2,D2四点不共线,
∴B2C2∥A2D2;
(2)在(1)的坐标系下,可设P(0,2,t),t∈[0,4],
又由(1)知C2(0,0,3),A2(2,2,1),D2(2,0,2),
∴,,,
设平面PA2C2的法向量为,
则,取,
设平面A2C2D2的法向量为,
则,取,
∴根据题意可得|cos150°|=|cos,|,
∴,
∴t2﹣4t+3=0,又t∈[0,4],
∴解得t=1或t=3,
∴P为B1B2的中点或B2B的中点,
∴B2P=1.
【命题意图】
考查线面平行与垂直、空间几何体的表面积与体积、空间角等.
【考查要点】
命题会涉及到线面平行与垂直的证明,等体积法求空间几何体的体积,空间向量法求空间距离、空间角,考查空间想象力、运算求解能力、数形结合思想、转化与化归思想.
【得分要点】
1.直线与平面平行
(1)直线与平面平行的判定定理:
如果平面外一条直线和这个平面内的一条直线平行,那么这条直线和这个平面平行.用符号表示为:若a⊄α,b⊂α,a∥b,则a∥α.
(2)直线和平面平行的性质定理:
如果一条直线和一个平面平行,经过这条直线的平面和这个平面相交,那么这条直线和交线平行.用符号表示为:若a∥α,a⊂β,α∩β=b,则a∥b.
2.直线与平面垂直
(1)直线与平面垂直的定义:
如果一条直线l和一个平面α内的任意一条直线都垂直,那么就说直线l和平面α互相垂直,记作l⊥α,其中l叫做平面α的垂线,平面α叫做直线l的垂面.
(2)直线与平面垂直的判定:
定义法:对于直线l和平面α,l⊥α⇔l垂直于α内的任一条直线.
判定定理1:如果两条平行直线中的一条垂直于一个平面,那么另一条也垂直于这个平面.
判定定理2:如果一条直线和一个平面内的两条相交直线都垂直,那么这条直线垂直于这个平面.
(3)直线与平面垂直的性质:
①定理:如果两条直线同垂直于一个平面,那么这两条直线平行.符号表示为:a⊥α,b⊥α⇒a∥b
②由定义可知:a⊥α,b⊂α⇒a⊥b.
3.二面角的平面角求法:
(1)定义法.
(2)三垂线定理及其逆定理.
(3)找(作)公垂面法:由二面角的平面角的定义可知两个面的公垂面与棱垂直,因此公垂面与两个面的交线所成的角,就是二面角的平面角.
(4)平移或延长(展)线(面)法.
(5)射影公式.
(6)化归为分别垂直于二面角的两个面的两条直线所成的角.
(7)向量法:用空间向量求平面间夹角的方法:
设平面α和β的法向量分别为和,若两个平面的夹角为θ,则
①当0,,θ,,cosθ=cos,.
②当,π时,cosθ=﹣cos,
考向一 求三棱锥体积
3.(2021•新高考Ⅰ)如图,在三棱锥A﹣BCD中,平面ABD⊥平面B