内容正文:
必刷题七 立体几何初步
刷考点·保分
空间几何体的结构特征、直观图
1.下列说法正确的是 ( )
A.有一个面是多边形,其余各面都是三角形,由这些
面围成的多面体是棱锥
B.有两个面平行且相似,其余各面都是梯形的多面体
是棱台
C.如果一个棱锥的各个侧面都是等边三角形,那么这
个棱锥可能为六棱锥
D.如果一个棱柱的所有面都是长方形,那么这个棱柱
是长方体
2.一个平面四边形的斜二测画法的直观图是一个边长为
a的正方形,则原平面四边形的面积等于 ( )
A.24a
2 B.2 2a2 C.22a
2 D.2 23a
2
空间几何体的表面积与体积
3.已知一个圆锥的母线长为4,且其侧面积是其轴截面面
积的4倍,则该圆锥的高为 ( )
A.π B.3π2 C.
2π
3 D.
π
2
4.(多选)如图所示的圆锥的底面半径
为3,高为4,则 ( )
A.该圆锥的母线长为5
B.该圆锥的体积为12π
C.该圆锥的表面积为15π
D.三棱锥S ABC 体积的最大值为12
5.已知A,B,C是半径为1的球O的球面上的三个点,且
AC⊥BC,AC=BC=1,则三棱锥O ABC 的体积为
( )
A.212 B.
3
12 C.
2
4 D.
3
4
类型一 平行关系的综合应用
【例1】 如图,四边形ABCD
是边长为3的正方形,DE
⊥平面 ABCD,AF⊥平面
ABCD,DE=3,AF=1.
(1)证 明:平 面 ABF∥平
面DCE;
(2)在DE 上是否存在一点
G,使平面 FBG 将几何体
ABCDEF 分成上、下两部
分的体积比为3∶5? 若存
在,求出点G 的位置;若不
存在,请说明理由.
【关键技巧】
1.判定面面平行的主要方法
(1)利 用 面 面 平 行 的 判 定
定理;
(2)线面垂直的性质(垂直于
同一直线的两平面平行).
2.解决这种数值或存在性问
题的题目时,注意先给出具
体的值或先假设存在,然后
再证明.
【解】 (1)证明:∵DE⊥平
面ABCD,AF⊥平面 AB-
CD,∴DE∥AF,
又 DE⊂平面 DCE,AF⊄
平 面 DCE,∴ AF ∥ 平
面DCE,
∵ 四 边 形 ABCD 是 正 方
形,∴AB∥CD,
·12·
空间点、直线、平面之间的位置关系
6.如图,α∩β=l,A,B∈α,C∈β,且C∉
l,直线AB∩l=M,过A,B,C 三点
的平面记作γ,则γ与β 的交线必通
过 ( )
A.点A B.点B
C.点C但不过点M D.点C和点M
7.(多选)下列四个命题中是真命题的为 ( )
A.两两相交且不过同一点的三条直线必在同一平面内
B.过空间中任意三点有且仅有一个平面
C.若空间两条直线不相交,则这两条直线平行
D.若直线l⊂平面α,直线m⊥平面α,则m⊥l
直线、平面平行的判定与性质
8.设 m,n 是两条不同的直线,α,β
是两个不同的平面,且m⊂α,n⊂
α,则“α∥β”是“m∥β且n∥β”的 ( )
A.充分不必要条件
B.必要不充分条件
C.充分必要条件
D.既不充分也不必要条件
9.若平面α截三棱锥所得截面为平行四边形,则该三棱
锥中与平面α平行的棱有 ( )
A.0条 B.1条
C.2条 D.1条或2条
10.在三棱锥P ABC 中,PB=6,AC=3,G为△PAC的
重心,过点G作三棱锥的一个截面,使截面平行于PB
和AC,则截面的周长为 .
直线、平面垂直的判定与性质
11.(多选)已知α,β是空间两个不同的平面,m,n是空间两
条不同的直线,则给出的下列说法中正确的是 ( )
A.m∥α,n∥β,且m∥n,则α∥β
B.m∥α,n∥β,且m⊥n,则α⊥β
C.m⊥α,n⊥β,且m∥n,则α∥β
D.m⊥α,n⊥β,且m⊥n,则α⊥β
12.如图,在斜三棱柱 ABC A1B1C1中,
∠BAC=90°,BC1⊥AC,则C1在底面
ABC上的射影H 必在 ( )
A.直线AB 上 B.直线BC上
C.直线AC上 D.△ABC内部
又CD⊂平面 DCE,AB⊄
平 面 DCE,∴ AB ∥ 平
面DCE,
∵AB∩AF=A,AB⊂平面
ABF,AF⊂平面ABF,
∴平面ABF∥平面DCE.
(2)存在点G,满足题意,理
由如下:
在DE 上取DN=AF=1,
连接 FN,NC,可证 NC
BF.假设存在一点G,过G
作MG∥NC交EC 于M,
连接BG,BM,FG,如图,由
V几何体ABCDEF=V四棱锥BADEF+
V三棱锥BCDE=
1
3×3×
(1+3)×3
2
+13×3×
3×3
2 =
21
2
,
设EG=t,
∵△EGM∽△ENC,
∴EGEN=
t
3-1=
EM
EC.
则V几何体GFBME=V三棱锥BEFG+
V三棱锥BEGM=
21
2×
3
8=
63
16
,设
M 到ED的距离为h,
则h
3=
EM
EC
,∴h3=
t
2
,即h
=32t
,则S△EGM =
1
2×t×
3
2t=
3
4t
2,
V几何体GFBME =V三棱锥BEFG +
V三棱锥BEGM =
1
3×3×
1
2×3
×t+13×3×
3
4t
2=6316
,即
4t2+8t-21=0,
解得t=32
或t=-72
(舍),
则存在点G,满足EG=32
,即
G为ED的中点时满足条件.
·22·
13.已知平面α,β和直线m,给出以下条件:(1)m∥α;
(2)m⊥α;(3)m⊂α;(4)α⊥β;(5)α∥β,当条件
成立时,有m∥β;当条件 成立时,有m⊥β.
(填所选条件的序号)
刷综合·高分
14.如图,四边形ABCD 与四边形ADEF 均为平行四边
形,M,N,G分别是AB,AD,EF的中点.求证:
(1)BE∥平面DMF;
(2)平面BDE∥平面 MNG.
类型二
平面与平面垂直
的判定与性质
【例2】 如 图,四 棱 锥 P
ABCD 的底面是矩形,PD
⊥底面ABCD,M 为BC 的
中点,且PB⊥AM.
(1)证明:平面 PAM⊥平
面PBD;
(2)若PD=DC=1,求四棱
锥P ABCD 的体积.
【关键技巧】
1.判定面面垂直 的 方 法:
(1)面面垂直的定义;(2)面
面垂直的判定定理(a⊥β,a
⊂α⇒α⊥β).
2.已知平面垂直时,解题一
般要用性质定理进行转化.
在一个平面内作交线的垂
线,将问题转化为 线 面 垂
直,然后进一步转化为线线
垂直.
【解】 (1)证明:∵PD⊥平
面ABCD,AM⊂平面AB-
CD,
∴PD⊥AM.
∵PB⊥AM,且 PB∩PD
=P,PB⊂平面 PBD,PD
⊂平面PBD,
∴AM⊥平面PBD,
又AM⊂平面PAM,
∴平面PAM⊥平面PBD.
·32·
15.如图,在四棱锥P ABCD 中,底面ABCD 为矩形,平
面PAD⊥平面ABCD,PA⊥PD,PA=PD,E,F 分
别为AD,PB 的中点.
(1)求证:PE⊥BC;
(2)求证:平面PAB⊥平面PCD;
(3)求证:EF∥平面PCD.
刷真题·满分
16.(2024·新课标Ⅰ卷)已知圆柱和圆锥的底面半径相
等,侧面积相等,且它们的高均为 3,则圆锥的体积为
( )
A.2 3π B.3 3π C.6 3π D.9 3π
17.(2024·全国甲卷(理))已知圆台甲、乙的上底面半径
均为r1,下底面半径均为r2,圆台的母线长分别为
2(r2-r1),3(r2-r1),则 圆 台 甲 与 乙 的 体 积 之 比
为 .
(2)∵M 为BC 的中点,
∴BM=12AD.
由题意知AB=DC=1.
∵AM⊥平面PBD,
BD⊂平面PBD,
∴AM⊥BD,
由∠BAM+∠MAD=90°,
∠MAD+∠ADB=90°,
得∠BAM=∠ADB,
易得△BAM∽△ADB,
∴BMAB =
AB
AD
,即
1
2AD
1 =
1
AD
,得AD= 2,
∴S矩形ABCD=AD·DC= 2
×1= 2,
则四棱锥 P ABCD 的体
积VPABCD =
1
3S矩形ABCD
·
PD=13× 2×1=
2
3.
【学习笔记】
·42·
选择②,根据正弦定理有
sinAcosB+sinBcosA=2sinCcosC,
所以sin(A+B)=2sinCcosC,
即sinC=2sinCcosC.
因为C∈(0,π),所以sinC≠0,从而有cosC=12
,
故C=π3.
选择③,
因为1
2casinB=
1
2c
(asinA+bsinB-csinC),
所以asinB=asinA+bsinB-csinC,由正弦定理得
ab=a2+b2-c2,
由余弦定理,得cosC=a
2+b2-c2
2ab =
ab
2ab=
1
2
,
又因为C∈(0,π),所以C=π3.
(2)在△ACD 中,
AC2=AD2+CD2-2AD·CDcos∠ADC,
即b2=1+3-2 3cos∠ADC.
在△BCD 中,
BC2=BD2+CD2-2BD·CDcos∠BDC,
即a2=1+3-2 3cos∠BDC.
因为∠ADC+∠BDC=π,
所以cos∠ADC=-cos∠BDC,
所以a2+b2=8.
由C=π3
及c=2,得a2+b2-4=ab,所以ab=4,
从而a2+b2-2ab=0,
所以a=b=2.
16.B 【解析】 由(b-2a)⊥b,得(b-2a)·b=b2-2a
·b=0,所以b2=2a·b.将|a+2b|=2的两边同时
平方,得a2+4a·b+4b2=4,即1+2b2+4b2=1+6
|b|2=4,解得|b|2=12
,所以|b|= 22
,故选B.
17.D 【解析】 解法一(向量法+坐标法) 因为b⊥(b
-4a),所以b·(b-4a)=0,即b2=4a·b.因为a=
(0,1),b=(2,x),所以b2=4+x2,a·b=x,得4+
x2=4x,所以(x-2)2=0,解得x=2,故选D.
解法二(坐标法) 因为a=(0,1),b=(2,x),所以b
-4a=(2,x)-4(0,1)=(2,x)-(0,4)=(2,x-4).
因为b⊥(b-4a),所以b·(b-4a)=0,所以2×2+
x(x-4)=0,所以(x-2)2=0,解得x=2,故选D.
必刷题七
1.D 【解析】 选项A,有一个面是多边形,其余各面都
是有一个公共顶点的三角形,由这些面所围成的多面
体叫做棱锥,即其余各面的三角形必须有公共的顶
点,错误;选项B,棱台是由棱锥被平行于棱锥底面的
平面所截而得的,而有两个面平行且相似,其余各面
都是梯形的多面体有可能不是棱台,因为它的侧棱延
长后不一定交于一点,错误;选项C,当棱锥的各个侧
面的共顶点的角之和是360°时,各侧面构成平面图
形,故这个棱锥不可能为六棱锥,错误;选项D,若每个
侧面都是长方形,则说明侧棱与底面垂直,又底面也
是长方形,符合长方体的定义,正确.故选D.
2.B 【解析】 根据斜二测画法画平面图形的直观图的
规则可知,在x 轴上(或与x 轴平行)的线段,其长度
保持不变;在y轴上(或与y 轴平行)的线段,其长度
变为原来的一半,且∠x'O'y'=45°(或135°),所以若
设原平面图形的面积为S,则其直观图的面积为S'=
1
2
· 2
2
·S= 24S.
又直观图的面积为a2,所以原平面
四边形的面积S=a
2
2
4
=2 2a2.
3.A 【解析】 不妨设圆锥的底面半径为r,母线长为
l,高为h,根据题意,则4×12×2rh=πrl
,所以h=π4l
=π4×4=π.
4.ABD 【解析】 该圆锥的母线长为 32+42=5,A正
确;该圆锥的体积为1
3×π×3
2×4=12π,B正确;该
圆锥的表面积为π×3×(3+5)=24π,C错误;当OB
⊥AC时,△ABC的面积最大,此时S△ABC=
1
2×6×
3=9,三棱锥S ABC 体积的最大值为13×9×4=
12,D正确.故选ABD.
5.A 【解析】 如图所示,因为AC⊥BC,所以AB 为截
面圆O1的直径,且 AB= 2.连接OO1,则OO1⊥面
ABC,OO1= 1-
AB
2
2
= 1- 2
2
2
= 22
,所以三
棱锥O ABC 的体积V=13S△ABC×OO1=
1
3×
1
2×
1×1× 22=
2
12.
6.D 【解析】 ∵AB⊂γ,M∈AB,∴M∈γ.又α∩β=l,
M∈l,∴M∈β.根据基本事实3可知,M 在γ 与β 的
交线上.同理可知,点C也在γ 与β的交线上.
7.AD 【解析】 对于A,可设l1与l2相交,这两条直线
确定的平面为α;若l3与l1相交,则交点 A 在平面α
内,同理,l3与l2的交点B 也在平面α内,所以AB⊂α,
即l3⊂α,A为真命题;
对于B,若三点共线,则过这三个点的平面有无数个,
故B为假命题;
对于C,两条直线有可能平行也有可能异面,故C为
假命题;
对于D,若直线m⊥平面α,则m 垂直于平面α内所有
直线,因为直线l⊂平面α,所以直线m⊥直线l,D为
真命题.
8.A 【解析】 m,n是两条不同的直线,α,β是两个不
同的平面,且m⊂α,n⊂α,则“α∥β”得“m∥β且n∥β”,
·36·
根据面面平行的判定定理得“m∥β且n∥β”不能得“α
∥β”,所以“α∥β”是“m∥β且n∥β”的充分不必要条
件.故选A.
9.C 【解析】 如图所示,平面α即平面EFGH,则四边
形EFGH 为平行四边形,则EF∥GH.∵EF⊄平面
BCD,GH⊂平面BCD,∴EF∥平面BCD.又∵EF⊂
平面ACD,平面BCD∩平面ACD=CD,∴EF∥CD.
又EF⊂平面EFGH,CD⊄平面EFGH.∴CD∥平面
EFGH,同理,AB∥平面EFGH,所以与平面α(平面
EFGH)平行的棱有2条.
10.【解析】 如图,过点G 作EF∥AC,分别交PA,PC
于点E,F,过点E 作EN∥PB 交AB 于点N,过点F
作FM∥PB 交BC 于 点 M,连 接 MN,则 四 边 形
EFMN 是平行四边形(平面 EFMN 为所求截面),
且EF=MN=23AC=2
,FM=EN=13PB=2
,所以
截面的周长为2×4=8.
【答案】 8
11.CD 【解析】 A选项,若m∥α,n∥β,且m∥n,则α,
β可能相交或平行,故 A错误;B选项,若m∥α,n∥
β,且m⊥n,则α,β可能相交,也可能平行,故B错误;
C选项,若m⊥α,m∥n,则n⊥α,又n⊥β,则α∥β,故
C正确;D选项,若m⊥α,m⊥n,则n∥α或n⊂α,又n
⊥β,根据面面垂直的判定定理可得α⊥β,故D正确.
故选CD.
12.A 【解析】 连接 AC1(图略),由 AC⊥AB,AC⊥
BC1,AB∩BC1=B,得AC⊥平面ABC1.∵AC⊂平
面ABC,∴平 面 ABC1⊥平 面 ABC.∴C1在 平 面
ABC上的射影H 必在两平面的交线AB 上.
13.【解析】 根据面面平行的特征可得,若m⊂α,α∥β,
则m∥β;根据线面垂直以及面面平行的特征可得,若
m⊥α,α∥β,则m⊥β.
【答案】 (3)(5) (2)(5)
14.【证明】 (1)如图,连接AE,则AE 必过DF 与GN
的交点O,因为四边形ADEF 为平行四边形,所以O
为AE 的中点.
连接 MO,则 MO 为 △ABE 的 中 位 线,所 以 BE
∥MO,
又BE⊄平面DMF,MO⊂平面DMF,
所以BE∥平面DMF.
(2)因为 N,G 分别为平行四边形ADEF 的边AD,
EF 的中点,所以DE∥GN,
又DE⊄平面 MNG,GN⊂平面 MNG,所以DE∥平
面 MNG.
因为M 为AB 的中点,N 为AD 的中点,所以MN 为
△ABD 的中位线,
所以BD∥MN,又 BD⊄平 面 MNG,MN⊂平 面
MNG,所以BD∥平面 MNG,
又DE 与BD 为平面BDE 内的两条相交直线,所以
平面BDE∥平面 MNG.
15.【证明】 (1)因为PA=PD,E 为AD 的中点,
所以PE⊥AD.
因为底面ABCD为矩形,所以BC∥AD,所以PE⊥BC.
(2)因为底面ABCD 为矩形,所以AB⊥AD.
又因为平面 PAD⊥平面 ABCD,平面 PAD∩平面
ABCD=AD,AB⊂平面ABCD,
所以AB⊥平面PAD,
因为PD⊂平面PAD,所以AB⊥PD.
又因为PA⊥PD,AB∩PA=A,
所以PD⊥平面PAB.
因为PD⊂平面PCD,
所以平面PAB⊥平面PCD.
(3)如图,取PC的中点G,连接FG,DG.
因为F,G 分别为PB,PC的中点,
所以FG∥BC,FG=12BC.
因为四边形ABCD 为矩形,且E 为AD 的中点,
所以DE∥BC,DE=12BC.
所以DE∥FG,DE=FG.
所以四边形DEFG 为平行四边形.所以EF∥DG.
又因为EF⊄平面PCD,DG⊂平面PCD,
所以EF∥平面PCD.
16.B 【解析】 设圆柱和圆锥的底面半径均为r,因为
它们的高均为 3,且侧面积相等,所以2πr× 3=πr
(3)2+r2,得r2=9,所以圆锥的体积V=13πr
2×
3=3 3π,故选B.
17.【解析】 两圆台的上、下底面积对应相等,则两圆台
的体积之比为高之比,根据母线与半径的关系可得
甲与乙的体积之比为
4(r2-r1)2-(r2-r1)2
9(r2-r1)2-(r2-r1)2
= 3
8
= 64.
【答案】 64
·46·