(7)空间向量与立体几何 阶段测试-2025届高考数学一轮复习

2024-09-20
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(7)空间向量与立体几何 ——2025届高考数学一轮复习一站式复习之阶段测试 1.在正三棱锥中,,,若点E,F分别在侧棱PB,PC上运动,则的周长的最小值为( ) A. B. C.12 D. 2.设是空间中的一个平面,l,m,n是三条不同的直线,则下列结论中正确的是( ) A.若,,,,则 B.若,,,则 C.若,,,则 D.若,,,则 3.已知向量,单位向量b满足,则a,b的夹角为( ) A. B. C. D. 4.设直三棱柱的所有顶点都在一个表面积是的球面上,且,,则此直三棱柱的表面积是( ) A. B. C. D. 5.在四棱锥中,底面ABCD是边长为2的正方形,平面,,则异面直线AP与BD所成角的余弦值为( ) A. B. C. D. 6.如图,已知正方体的棱长为2,则下列四个结论中错误的是( ) A.直线与为异面直线 B.平面 C.平面平面 D.三棱锥的体积为 7.如图,在正方体中,E为的中点,则直线与平面所成角的正弦值为( ) A. B. C. D. 8.在三棱锥中,底面BCD是等边三角形,侧面ABD是等腰直角三角形,,P是平面BCD内一点,且.若,则点P的轨迹长度为( ) A. B. C. D. 9.(多选)如图,在正三棱柱中,E,F分别为,的中点,,则下列说法正确的是( ) A.若,则异面直线AF和BC所成的角的余弦值为 B.若,则点C到平面AEF的距离为 C.存在,使得平面AEF D.若三棱柱存在内切球,则 10.(多选)如图,在直四棱柱中,底面ABCD为菱形,,,且,点P在上运动,则( ) A. B.平面 C.二面角的大小为 D.点P到平面的距离为 11.已知空间三点,,,四边形ABCD是平行四边形,其中AC,BD为对角线,则___________. 12.已知三棱锥的四个顶点均在球O上,平面,为等腰直角三角形,A为直角顶点.若,且,则球O的表面积为__________. 13.在棱长为2的正方体中,点E,F分别是棱,的中点,P是侧面四边形内(不含边界)一点.若平面AEF,则线段长度的取值范围是___________. 14.如图所示的多面体中,四边形为直角梯形,,,,四边形为正方形,M为BF的中点. (1)求证:; (2)若平面平面,求平面ADE与平面BEC所成角的正弦值. 15.如图,已知四棱柱的底面为平行四边形,四边形为矩形,平面平面,E为线段的中点,且. (1)求证:平面; (2)若,,直线与平面所成角的正弦值为,求二面角的余弦值. 答案以及解析 1.答案:D 解析:将三棱锥沿PA展开,如图.在正三棱锥中,,展开图中.连接,交PB于点E,交PC于点F,易得此时的周长最小,故为的周长的最小值.,,,周长的最小值为. 2.答案:B 解析:对于A,若,,,,则l与相交、平行或,故A错误;对于B,若,,则,又,所以,故B正确;对于C,若,,则,又,所以,故C错误;对于D,若,,,则l与m相交、平行或异面,故D错误.故选B. 3.答案:C 解析:因为,所以. 又,所以, 即,所以, 则.所以. 又,所以.故选C. 4.答案:D 解析:如图所示,设,因为,所以. 于是(r是外接圆的半径),即.又球心到平面ABC的距离等于侧棱长的一半,所以球的半径为,所以球的表面积为,解得. 因此,. 于是直三棱柱的表面积是.故选D. 5.答案:C 解析:如图,连接AC,与BD交于点O,则O为AC的中点,取PC的中点E,连接OE,DE,则,为异面直线AP与BD所成的角或其补角. 平面,平面,. ,,又,, 在中,根据余弦定理可得.故选C. 6.答案:D 解析:根据异面直线的定义易知直线与为异面直线,A正确;且,四边形为平行四边形,,又平面,平面,平面,B正确;同理可证平面,又,平面平面,C正确;,D错误.故选D. 7.答案:D 解析:设正方体的棱长为1,以D为坐标原点,,,的方向分别为x轴,y轴,z轴的正方向建立如图所示的空间直角坐标系, 则,,,, 所以,,, 设平面的一个法向量为, 则, 取,则,, 所以, 所以,,, 故直线与平面所成角的正弦值为.故选D. 8.答案:C 解析:如图,取BD的中点O,连接AO,CO,易得,,又,平面AOC,所以平面AOC.又,所以,,.在中,,由余弦定理得.作交CO的延长线于点N,则,又,平面BCD,所以平面BCD.又平面BCD,所以.所以,所以.在中,,则,所以点P的轨迹是以N为圆心,为半径的圆,则点P的轨迹长度为.故选C. 9.答案:AB 解析:取AB的中点为D,AC的中点为G,连接,,,则,,所以即为所求的角或其补角.在中,,,,所以,所以异面直线AF和BC所成的角的余弦值为,所以A项正确. 设点C到平面AEF的距离为d,易得,,所以,又,由,得,解得,所以B项正确.因为不论取何值,,所以BC与EF不垂直,所以不存在,使得平面AEF,所以C项错误. 因为三棱柱存在内切球,所以内切球的半径,所以,所以D项错误. 10.答案:ABD 解析:因为底面ABCD是菱形,所以.又因为几何体是直四棱柱,所以底面ABCD,故.又,平面,所以平面.又平面,所以,故A正确. 如图,连接,易知,故平面.同理,连接,有平面.又,平面,所以平面平面.又平面,所以平面,故B正确. 设AC与BD的交点为O,连接,交于点,连接,.易知二面角的平面角为.因为,,所以,故,C错误. 因为平面平面,所以点在平面内的射影H在线段上,故.又因为平面,所以点P到平面的距离等于点到平面的距离,故D正确.选ABD. 11.答案: 解析:设,,,,,,又四边形ABCD是平行四边形,, ,,,解得,,,, , , . 12.答案: 解析:因为平面,平面ABC,所以,.所以在中,由,,可求得,.在等腰中,.易知三棱锥是球O内接长方体的一部分(如图),PC是该长方体的体对角线,故球心O在PC的中点处.因为,所以球O的半径为,故球O的表面积为. 13.答案: 解析:在正方体中,取,的中点M,N,连接,,,,,如图所示. 因为点E,F分别是棱,的中点,所以,又平面,平面AEF,所以平面AEF.显然四边形为矩形,有,,则四边形为平行四边形,则.因为平面,平面AEF,所以平面AEF. 又,平面,因此,平面平面AEF.因为平面AEF,所以平面.又点P在平面内,平面平面,所以点P在线段MN上(不含端点).在中,,,等腰三角形底边MN上的高,于是,所以线段长度的取值范围是. 14.答案:(1)证明见解析 (2) 解析:(1)四边形为正方形,. ,,, 又平面,平面,, 平面BCF. 平面,. ,. ,M为BF的中点,, 又平面,平面,, 平面, 平面,. (2)平面平面,平面平面,平面,,平面,易知CD,CB,CF两两垂直,故可以C为坐标原点,CD,CB,CF所在直线分别为x,y,z轴建立如图所示的空间直角坐标系,设, 则,,,,,,,,. 设平面BEC的法向量为, 则, 令,则,,得平面的一个法向量为. 设平面ADE的法向量为, 则, 令,则,,得平面ADE的一个法向量为. 则, 设平面ADE与平面BEC所成角为,则, 故平面ADE与平面BEC所成角的正弦值为. 15.答案:(1)证明见解析 (2) 解析:(1)在中,E为线段的中点,且, ,易知为直角三角形,且, . 底面为平行四边形,,. 四边形为矩形,, 又平面平面,平面平面,平面, 平面. 平面,. ,,平面, 平面. (2)平面,平面,. 由(1)知,平面,又平面,, ,,两两垂直, 以D为坐标原点,DA所在直线为x轴,DB所在直线为y轴,所在直线为z轴,建立如图所示的空间直角坐标系. 在中,,,. 设,则,,,,, ,. 易知平面的一个法向量为, 设直线与平面所成的角为, 则,解得, ,. 设平面的法向量为, 则,即,令,则. 易知平面的一个法向量为, 则, 易知二面角是锐角,故二面角的余弦值为. (另解:这D作于点F,连接,则即二面角的平面角,在中求解即可) 学科网(北京)股份有限公司 $$

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