第二编 专题4 专题培优 立体几何中的动态问题-【金版教程】2026年高考数学大二轮专题复习冲刺方案全书word
大二轮专题复习冲刺方案 数学
专题培优 立体几何中的动态问题
「考情分析」立体几何中的动态问题是指空间图形中的某些点、线、面的位置是不确定的、是可变的一类开放性问题,这类试题给静态的立体几何问题赋予了活力,将立体几何问题与解三角形、多边形的周长与面积、解析几何等之间建立了桥梁.高考中的主要考向有空间中动点的轨迹问题,翻折、展开问题,最值、范围问题等,在选择题、填空题、解答题中均可能出现,难度属中档.
考向1 动点轨迹问题
例1 (多选)如图,平面ABN⊥平面α,AB=MN=2,M为线段AB的中点,直线MN与平面α所成角的大小为30°,点P为平面α内的动点,则( )
A.以N为球心,半径为2的球面在平面α上的截痕长为2π
B.若点P到点M和点N的距离相等,则点P的轨迹是一条直线
C.若点P到直线MN的距离为1,则∠APB的最大值为
D.满足∠MNP=的点P的轨迹是椭圆
答案:BC
解析:对于A,由于MN与平面α所成角的大小为30°,所以点N到平面α的距离d=MN·sin30°=1,故半径为R=2的球面在平面α上截面圆的半径为r==
,故截痕长为2πr=2
π,A错误;对于B,由于平面ABN⊥平面α,所以以M为原点,AB为y轴,在平面α内过M作x轴⊥AB,在平面ABN内作z轴⊥AB,建立如图1所示的空间直角坐标系,则M(0,0,0),B(0,1,0),A(0,-1,0),N(0,
,1),设P(x,y,0),则PM=PN,即x2+y2=x2+(y-
)2+1,化简得y=
,则点P的轨迹是一条直线,B正确;对于C,
=(0,
,1),
=(x,y,0),所以点P到直线MN的距离为
=
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=1,化简可得x2+
=1,所以点P的轨迹是平面α内的椭圆x2+
=1,如图2,当P在短轴的端点时,∠APB最大,由于BM=MP=1,故∠BPM=
,因此∠APB=2∠BPM=
,C正确;对于D,
=(0,-
,-1),
=(x,y-
,-1),若∠MNP=
,则cos∠MNP=cos〈
,
〉=
=
=
,化简得
-
=1且y<
,故满足∠MNP=
的点P的轨迹是双曲线的一部分,D错误.故选BC.
解决与几何体有关的动点轨迹问题的方法
(1)几何法:根据平面的性质进行判定.
(2)定义法:转化为平面轨迹问题,用圆锥曲线的定义判定或用代数法进行计算.
(3)特殊值法:根据空间图形线段长度的关系取特殊值或位置进行排除.
(多选)如图,正方体ABCD-A1B1C1D1的棱长为4,M是侧面BB1C1C上的一个动点(含边界),下列结论正确的是( )
A.若A,B,M,D1四点共面,则点M的运动轨迹长度为4
B.若AM⊥BD1,则点M的运动轨迹长度为4
C.若AM=2,则点M的运动轨迹长度为2π
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D.若直线AM与C1D1所成的角为45°,则点M的运动轨迹长度为2π
答案:ABD
解析:因为AB∥C1D1,所以A,B,C1,D1确定一个平面,而不共线的三点A,B,D1在这个平面内,所以A,B,M,D1确定的平面即为平面ABC1D1,故点M在BC1上,即点M的轨迹为BC1,BC1=4,故A正确;如图,连接AB1,B1C,AC,A1B,CD1.因为在正方体ABCD-A1B1C1D1中,所以BC⊥平面ABB1A1,又AB1⊂平面ABB1A1,所以BC⊥AB1.又AB1⊥A1B,BC∩A1B=B,BC,A1B⊂平面A1BCD1,所以AB1⊥平面A1BCD1.又BD1⊂平面A1BCD1,所以AB1⊥BD1,同理可证AC⊥BD1.又AB1∩AC=A,AB1,AC⊂平面AB1C,所以BD1⊥平面AB1C.故当AM⊥BD1时,点M在B1C上,即点M的轨迹为B1C,B1C=4
,故B正确;因为在正方体ABCD-A1B1C1D1中,所以AB⊥平面BCC1B1.而BM⊂平面BCC1B1,所以AB⊥BM,所以BM=
=
=2,所以点M的轨迹是以B为圆心,2为半径的
圆,则轨迹长度为
×2π×2=π,故C错误;因为AB∥C1D1,直线AM与C1D1所成的角为45°,所以AM与AB所成的角为45°,即∠MAB=45°,所以在Rt△MAB中,AB=BM=4,所以点M的轨迹是以B为圆心,4为半径的
圆,则轨迹长度为
×2π×4=2π,故D正确.故选ABD.
考向2 翻折、展开问题
例2 (2025·山东齐鲁名校联考四)如图1,在菱形ABCD中,∠DAB=60°,M,N分别是边BC,CD的中点,AC∩BD=O1,AC∩MN=G.沿直线MN将△CMN翻折到△PMN的位置,连接PA,PB,PD,得到如图2所示的五棱锥P-ABMND.
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