内容正文:
立体几何中的高考创新问题
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(一)空间几何体中数学文化问题
[例1] 日晷是中国古代用来测定时间的仪器,利用与晷面垂直的晷针投射到晷面的影子来测定时间.把地球看成一个球(球心记为O),地球上一点A的纬度是指OA与地球赤道所在平面所成角,点A处的水平面是指过点A且与OA垂直的平面,在点A处放置一个日晷,若晷面与赤道所在平面平行,点A处的纬度为北纬40°,则晷针与点A处的水平面所成角为( )
A.20° B.40°
C.50° D.90°
B
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[解析] 如图所示,⊙O为赤道平面,⊙O1为A点处的日晷的晷面所在的平面,由点A处的纬度为北纬40°可知∠OAO1=40°,又点A处的水平面与OA垂直,晷针AC与⊙O1所在的面垂直,则晷针AC与水平面所成角为40°.
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(二)空间几何体中的动态问题
1.“动态”中研究“特定静态”问题
[例2] 如图,在棱长为1的正方体ABCDA1B1C1D1中,点P是体对角线AC1上的动点(点P与A,C1不重合),则下面结论中错误的是( )
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[方法总结] 本题通过P在体对角线AC1上的“动”考查了面面平行、线面垂直、投影图形的面积等问题,实现了一题多考.
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2.“动态”中研究“轨迹”问题
[例3] (2022·蚌埠模拟)如图所示,正方体ABCDA1B1C1D1的棱长为2,E,F分别为AA1,AB的中点,M点是正方形ABB1A1内的动点,若C1M∥平面CD1EF,则M点的轨迹长度为________.
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[解析] 如图所示,取A1B1的中点H,B1B的中点G,连接GH,C1H,C1G,EG,HF,可得四边形EGC1D1是平行四边形,所以C1G∥D1E.同理可得C1H∥CF.
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[方法总结] 本题通过对点的轨迹的探索,考查了线面平行,实现了解析几何问题与立体几何的交汇.解决此类问题的方法一般是将空间问题平面化,同时要结合常见曲线的定义,探索轨迹类型.
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D
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A
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[解析] 如图,取AB的中点E,连接CE,DE,
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A
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[方法总结] 根据条件设出变量,求出几何体的体积或面积表达式,然后转化为函数最值问题求解即可.
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A
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2.(2022·惠州调研)在三棱锥ABCD中,底面BCD是直角三角形且BC⊥CD,斜边BD上的高为1,三棱锥ABCD的外接球的直径是AB,若
该外接球的表面积为16π,则三棱锥ABCD体积的最大值为________.
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B
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[解析] 如图,在PC上取点M′,使得PM=PM′,连接NM′,则MN=M′N,AN+MN=AN+M′N,
则当A,N,M′三点共线时,AN+M′N最小,为AM′,当AM′⊥PC时,AM′取得最小值,即AN+NM′的最小值.
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[方法总结] 根据几何体的结构特征,先确定体积表达式中的常量与变量,然后利用几何知识,直接判断变量取值的最值,从而确定体积的最值.
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解析:如图甲所示,在正方体中作出一个正四面体ABCD,
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将正三角形ABC沿AC边翻折,使平面ABC与平面ACD在同一平面内,示意图如图乙.
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