内容正文:
专题07 平面向量与立体几何
平面向量:
1.理解向量及有关的概念,掌握向量加法、减法和数乘向量运算;
2.掌握向量夹角的定义、内积的定义和性质;
3.掌握向量的直角坐标表示及运算;
4.会判断两个非零向量是否平行、垂直;
5.能利用向量的知识解决相关问题.
立体几何:
1.了解多面体、旋转体和棱柱、棱锥、圆柱、圆锥、球的概念,理解直棱柱、正棱锥的有关概念;
2.理解几何体的三视图,掌握直观图的斜二测画法,能根据三视图绘制简单几何体的直观图;
3.会求直棱柱、圆柱、正棱锥、圆锥和球的表面积,会求柱体、锥体、球的体积,并会求简单组合体的表面积和体积;
4.理解平面的基本性质;
5.理解空间直线与直线、直线与平面、平面与平面的位置关系;
6.掌握直线与直线、直线与平面、平面与平面平行和垂直的判定与性质;
7.理解点到平面的距离、直线到平面的距离、平行平面间的距离的概念,并会解决相关的距离问题;
8.理解异面直线所成角、直线与平面所成角的概念,并会解决相关的简单问题;了解二面角的概念.
考点01平面向量
(1) 平面向量的线性运算与坐标表示
1. (2026年浙江)已知点,,,求( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
【分析】根据题意结合平面向量的坐标表示及内积的坐标表示即可得解.
【详解】点,,,
则,,
所以,
故选:.
2.(2025年浙江)已知正方形ABCD边长为,则的坐标为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】
【分析】本题先确定各点坐标,再求向量坐标,最后相加即可.
【详解】因为正方形ABCD边长为,
所以,
可得点,,,
所以,,
所以.
故选:A.
3. (2024年浙江)在中,已知点的坐标为,点的坐标为,分别为边的中点,则向量的坐标为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
【分析】根据三角形中位线的性质可知,再根据向量的坐标表示求出,即可得出向量的坐标.
【详解】在中,分别为边的中点,
所以为中以为底边的中位线,
所以,
因为点的坐标为,点的坐标为,
所以,
则.
故选:B.
4. (2023年浙江)已知点,向量,,则点的坐标为( )
A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】
【分析】先求向量,再根据点的坐标易得答案.
【详解】因为,
所以点坐标为.
故选:D.
5. (2022年浙江)已知点,则( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】
【分析】根据向量的坐标表示先求,再求.
【详解】∵,
∴,
∴.
故选:D.
(2) 平面向量的内积
6. (2022年浙江)已知点,若动点使得,则实数t的取值范围为__________.
【答案】
【解析】
【分析】根据向量的内积运算,即可求解.
【详解】己知点和动点,
则,
,
,
得,
则实数t的取值范围为,
故答案为:
考点02立体几何
(1) 立体几何中的体积、表面积、侧面积及其应用
7. (2026年浙江)长方体内部有一个圆柱,长方体底面为正方形,边长为4,高为3;圆柱底面直径为2,圆柱的高为,求该组合几何体(长方体挖去圆柱)的体积为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
【分析】根据题意结合棱柱与圆柱的体积公式即可得解.
【详解】长方体底面为正方形,边长为4,高为3,长方体体积为,
圆柱底面直径为2,半径为,圆柱的高为,圆柱体积为,
该组合几何体(长方体挖去圆柱)的体积为,
故选:.
8.(2025年浙江)如图,按图②中的圆柱的轴截面进行切割,得到四分之一部分,得到的几何体如图①所示,.若圆柱的高为2,底面半径为1,则图①中的几何体的表面积为__________.
【答案】
【解析】
【分析】图①几何体的表面积圆柱侧面积的圆柱底面积的的2倍矩形面积的2倍,根据圆柱侧面积公式、圆的面积公式、矩形面积公式即可求解.
【详解】∵圆柱的侧面积的为,圆柱的底面积的为,
图①中矩形的面积为,
∴图①几何体的表面积为:
.
故答案为:.
9. (2024年浙江)刘徽注《九章算术》中,将底面为直角三角形且侧棱垂直于底面的三棱柱称为“壍(qiàn)堵”;将底面为矩形,一条侧棱垂直于底面的四棱锥称为“阳马”;将四个面均为直角三角形的四面体称为“鳖臑(biē nào)”.如图所示,壍堵可斜解为“阳马”和“鳖臑”两部分,则“阳马”与“鳖臑”的体积之比为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
【分析】设底面三角形面积为,高为,求出三棱柱与三棱锥的体积,体积相减为四棱锥体积,然后求比值即可.
【详解】设底面三角形面积为,
因为侧棱垂直于底面,所以底面,所以设高,
则三棱柱“壍(qiàn)堵”体积;
则三棱锥“鳖臑(biē nào)”的体积;
则四棱锥“阳马”的体积;
则“阳马”与“鳖臑”的体积之比为;
故选:C.
10.(2024年浙江)如图所示,某几何体是一个圆锥与一个半球的组合体,若圆锥的高为,圆锥底面的直径与半球的直径皆为6,则该几何体的表面积____________.
【答案】
【解析】
【分析】求出圆锥的母线长,然后根据球的表面积公式和圆锥的侧面积公式计算即可.
【详解】由题意得,圆锥底面的半径,高,半球的半径,
则圆锥的母线长,
则该几何体的表面积.
故答案为:.
11. (2023年浙江)圆锥的母线长为4,侧面积是底面面积的2倍,则圆锥的高为______.
【答案】
【解析】
【分析】根据圆锥的侧面积是底面积的2倍,可求出底面半径,进而求得圆锥的高.
【详解】设圆锥的底面半径为,
∵侧面积是底面面积的2倍
则
解得:,
∴圆锥的高.
故答案为:.
12. (2022年浙江)一个玻璃容器盛有一部分水,其内部形状是底面半径为圆柱.将一个实心玻璃球放入该容器中,球完全沉没在水里,此时玻璃容器中的水位上升了(水没有外溢),则球的半径为__________.
【答案】3
【解析】
【分析】理解题意,根据球及圆柱的体积公式计算即可.
【详解】设球的半径为,则球的体积为,
水位上升增加的体积为:,
则由可得:.
故答案:3.
(2) 空间中点、线、面的位置关系
13. (2026年浙江)在正方体中,中点为,中点为,求异面直线与所成角的大小( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】
【分析】先找出为异面直线与所成角,结合全等三角形,直角三角形的性质即可求解.
【详解】取中点,连接,,
则,
在正方体中,,
所以,
则四边形为平行四边形,所以,
则或其补角为异面直线与所成角,且,
因为,
所以,
则,
所以,
在三角形中,所以,
即异面直线与所成角的大小为.
故选:D.
14. (2026年浙江)在三棱锥中,底面为边长等于4的正三角形.已知点平面,平面,垂足落在线段上,且垂线段.
(1)求三棱锥的体积;
(2)若D为中点,求直线与底面所成角的大小;
(3)若分别为线段和的中点,求线段长度的取值范围.
【答案】(1)
(2)
(3)
【解析】
【分析】(1)求出底面三角形的面积,代入棱锥的体积公式计算;
(2)由题意可得为直线与底面所成的角,在中求解即可;
(3)取中点Q,可得,设,在中,由余弦定理得,在直角中求得的表达式,然后利用二次函数的性质求解.
【小问1详解】
因为底面为边长等于4的正三角形,
所以面积为,
因为平面,所以为三棱锥的高,
故三棱锥的体积.
【小问2详解】
连接.
因为平面,则是在底面内的射影,
故为直线与底面所成的角,且.
因为为正三角形,D为中点,所以.
在中:,
在中,,则,
故直线与底面所成角为.
【小问3详解】
取中点Q,连接,.
M为中点,Q为中点,故且,
由平面,得平面,
因为平面,故,为直角三角形.
设,则,,
在中,,,
由余弦定理得
,
在直角中,,
因为函数在上单调递减,
所以,当时,;
当时,.
∴的取值范围为.
15.(2025年浙江)如图,长方体中,,,,O为上底面中心.求:
(1)四棱锥的体积;
(2)二面角的大小.
【答案】(1)
(2)
【解析】
【分析】(1)作出辅助线,根据四棱锥的体积公式计算即可;
(2)通过辅助线找到即为二面角的平面角,再由正切值即可求解角度.
【小问1详解】
连接,,,,作于点H,如图,
易得是四棱锥的高,且,
∴;
【小问2详解】
取底面的中心S,取棱的中点T,连接,,,如图,
∵,
∴,
又∵平面,平面,
∴,
∴即为二面角的平面角,
∵在中,,
∴,
即二面角的大小为.
16.(2024年浙江)如图所示,菱形ABCD的边长为3,,点是平面ABCD外一点,平面ABCD,且.求:
(1)四棱锥的体积;
(2)二面角的平面角的正切值.
【答案】(1)
(2)
【解析】
【分析】(1)由题意求出底面积,利用棱锥体积公式求解;
(2)根据题意找出二面角的平面角为,求出正切值即可.
【小问1详解】
底面ABCD为菱形,边长为,,
对角线,且相互平分,
,
.
面ABCD,
.
【小问2详解】
如图,作于,连接,
,
面、面ABCD,
,,
平面,,
平面,又平面,
,
为二面角的平面角,
又,
,
即二面角的平面角的正切值为.
17. (2023年浙江)如图所示,在三棱柱中,点是上的动点,则直线与的位置关系是( )
A. 相交 B. 平行 C. 异面 D. 异面或平行
【答案】D
【解析】
【分析】根据直线位置关系判断.
【详解】因为三棱柱中,点是上的动点,
当运动到点时,,
当运动到除以外的其他点时,直线与异面.
故选:D.
18. (2023年浙江)如图所示,在长方体中,,,,点在上,点,在上,.求
(1)四棱锥的体积:
(2)二面角的平面角的正切值.
【答案】(1)14 (2)
【解析】
【分析】(1)先求出梯形的面积,再由四棱锥的体积公式求解即可.
(2)证明线线垂直找到面面角,再将角放到直角三角形中求解即可.
【小问1详解】
,
.
【小问2详解】
连接,
由题意可知,二面角即为二面角,
在正方体中,面,
又因为面,
所以,
所以为二面角的平面角,
所以在,,
故二面角的平面角的正切值为.
19. (2022年浙江)点关于x轴的对称点的坐标为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
【分析】根据点关于x轴的对称,横坐标不变,纵坐标相反即可求解.
【详解】点关于x轴的对称点的坐标.
故选:C.
20. (2022年浙江)如图所示,在正方体中,异面直线和CD所成角的正弦值为( )
A. 1 B. C. D.
【答案】D
【解析】
【分析】由可知,(或其补角)即为所求角,再解三角形即可.
【详解】
因为,将平移到,
则与所成角即为与所成角,
直线和CD所成角为(或其补角),
∵在正方体中,直线平面,
∵平面,∴,∴,
设正方体棱长为,则,
在直角三角形中,,
∴,
故选:D.
21. (2022年浙江)如图(1)所示,在棱长为1的正方体中,分别沿相邻三个面的对角线截去三个三棱锥和,得到如图(2)所示的几何体.
求:
(1)图(2)所示几何体的体积V;
(2)二面角的平面角的余弦值.
【答案】(1)
(2)
【解析】
【分析】(1)根据棱柱与棱锥的关系求解.
(2)先确定二面角的平面角的位置,再根据关系求余弦值.
【小问1详解】
,
,
所以,所求几何体的体积.
【小问2详解】
在正方体中,取AC中点E,连接DE,,
则,
所以即为二面角的平面角
在中,.
所以.
即二面角的平面角的余弦值为.
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专题07 平面向量与立体几何
平面向量:
1.理解向量及有关的概念,掌握向量加法、减法和数乘向量运算;
2.掌握向量夹角的定义、内积的定义和性质;
3.掌握向量的直角坐标表示及运算;
4.会判断两个非零向量是否平行、垂直;
5.能利用向量的知识解决相关问题.
立体几何:
1.了解多面体、旋转体和棱柱、棱锥、圆柱、圆锥、球的概念,理解直棱柱、正棱锥的有关概念;
2.理解几何体的三视图,掌握直观图的斜二测画法,能根据三视图绘制简单几何体的直观图;
3.会求直棱柱、圆柱、正棱锥、圆锥和球的表面积,会求柱体、锥体、球的体积,并会求简单组合体的表面积和体积;
4.理解平面的基本性质;
5.理解空间直线与直线、直线与平面、平面与平面的位置关系;
6.掌握直线与直线、直线与平面、平面与平面平行和垂直的判定与性质;
7.理解点到平面的距离、直线到平面的距离、平行平面间的距离的概念,并会解决相关的距离问题;
8.理解异面直线所成角、直线与平面所成角的概念,并会解决相关的简单问题;了解二面角的概念.
考点01平面向量
(1) 平面向量的线性运算与坐标表示
1. (2026年浙江)已知点,,,求( )
A. B. C. D.
2. (2025年浙江)已知正方形ABCD边长为,则的坐标为( )
A. B. C. D.
3. (2024年浙江)在中,已知点的坐标为,点的坐标为,分别为边的中点,则向量的坐标为( )
A. B. C. D.
4. (2023年浙江)已知点,向量,,则点的坐标为( )
A. B.
C. D.
5. (2022年浙江)已知点,则( )
A. B. C. D.
(2) 平面向量的内积
6. (2022年浙江)已知点,若动点使得,则实数t的取值范围为__________.
考点02立体几何
(1) 立体几何中的体积、表面积、侧面积及其应用
7. (2026年浙江)长方体内部有一个圆柱,长方体底面为正方形,边长为4,高为3;圆柱底面直径为2,圆柱的高为,求该组合几何体(长方体挖去圆柱)的体积为( )
A. B. C. D.
8.(2025年浙江)如图,按图②中的圆柱的轴截面进行切割,得到四分之一部分,得到的几何体如图①所示,.若圆柱的高为2,底面半径为1,则图①中的几何体的表面积为__________.
9. (2024年浙江)刘徽注《九章算术》中,将底面为直角三角形且侧棱垂直于底面的三棱柱称为“壍(qiàn)堵”;将底面为矩形,一条侧棱垂直于底面的四棱锥称为“阳马”;将四个面均为直角三角形的四面体称为“鳖臑(biē nào)”.如图所示,壍堵可斜解为“阳马”和“鳖臑”两部分,则“阳马”与“鳖臑”的体积之比为( )
A. B. C. D.
10.(2024年浙江)如图所示,某几何体是一个圆锥与一个半球的组合体,若圆锥的高为,圆锥底面的直径与半球的直径皆为6,则该几何体的表面积____________.
11. (2023年浙江)圆锥的母线长为4,侧面积是底面面积的2倍,则圆锥的高为______.
12. (2022年浙江)一个玻璃容器盛有一部分水,其内部形状是底面半径为圆柱.将一个实心玻璃球放入该容器中,球完全沉没在水里,此时玻璃容器中的水位上升了(水没有外溢),则球的半径为__________.
(2) 空间中点、线、面的位置关系
13. (2026年浙江)在正方体中,中点为,中点为,求异面直线与所成角的大小( )
A. B. C. D.
14. (2026年浙江)在三棱锥中,底面为边长等于4的正三角形.已知点平面,平面,垂足落在线段上,且垂线段.
(1)求三棱锥的体积;
(2)若D为中点,求直线与底面所成角的大小;
(3)若分别为线段和的中点,求线段长度的取值范围.
15.(2025年浙江)如图,长方体中,,,,O为上底面中心.求:
(1)四棱锥的体积;
(2)二面角的大小.
16.(2024年浙江)如图所示,菱形ABCD的边长为3,,点是平面ABCD外一点,平面ABCD,且.求:
(1)四棱锥的体积;
(2)二面角的平面角的正切值.
17. (2023年浙江)如图所示,在三棱柱中,点是上的动点,则直线与的位置关系是( )
A. 相交 B. 平行 C. 异面 D. 异面或平行
18. (2023年浙江)如图所示,在长方体中,,,,点在上,点,在上,.求
(1)四棱锥的体积:
(2)二面角的平面角的正切值.
19. (2022年浙江)点关于x轴的对称点的坐标为( )
A. B. C. D.
20. (2022年浙江)如图所示,在正方体中,异面直线和CD所成角的正弦值为( )
A. 1 B. C. D.
21. (2022年浙江)如图(1)所示,在棱长为1的正方体中,分别沿相邻三个面的对角线截去三个三棱锥和,得到如图(2)所示的几何体.
求:
(1)图(2)所示几何体的体积V;
(2)二面角的平面角的余弦值.
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