g 立體幾何
g1 空間幾何體的結構
9.g1[2012·重慶卷] 設四面體的六條稜的長分別為1,1,1,1,和a,且長為a的稜與長為的稜異面,則a的取值範圍是( )
a.(0,) b.(0,)
c.(1,) d.(1,)
9.a [解析] 如圖所示,設ab=a,cd=,bc=bd=ac=ad=1,則∠acd=∠bcd=45°,要構造乙個四面體,則平面acd與平面bcd不能重合,當△bcd與△acd重合時,a=0;當a、b、c、d四點共面,且a、b兩點在dc的兩側時,在△abc中,∠acb=∠acd+∠bcd=45°+45°=90°,ab==,所以a的取值範圍是(0,).
g2 空間幾何體的三檢視和直觀圖
13.g2[2012·遼寧卷] 乙個幾何體的三檢視如圖1-3所示.則該幾何體的表面積為________.
圖1-3
13.38 [解析] 本小題主要考查三檢視的應用和常見幾何體表面積的求法.解題的突破口為弄清要求的幾何體的形狀,以及表面積的構成.
由三檢視可知,該幾何體為乙個長方體中挖去乙個圓柱構成,幾何體的表面積s=長方體表面積+圓柱的側面積-圓柱的上下底面面積,由三檢視知,長方體的長、寬、高為4、3、1,圓柱的底面圓的半徑為1,高為1,所以s=2×(4×3+4×1+3×1)+2π×1×1-2×π×12=38.
7.g2、g7[2012·北京卷] 某三稜錐的三檢視如圖1-4所示,該三稜錐的表面積是( )
圖1-4
a.28+6 b.30+6
c.56+12 d.60+12
7.b [解析] 本題考查的三稜錐的三檢視與表面積公式.由三檢視可知,幾何體為乙個側面和底面垂直的三稜錐,如圖所示,可知s底面=×5×4=10,
s後=×5×4=10,
s左=×6×2=6,
s右=×4×5=10,
所以s表=10×3+6=30+6.
12.g2、g7[2012·安徽卷] 某幾何體的三檢視如圖1-3所示,該幾何體的表面積是________.
圖1-3
12.92 [解析] 本題考查三檢視的識別,四稜柱等空間幾何體的表面積.
如圖根據三檢視還原的實物圖為底面是直角梯形的直四稜柱,其表面積為
s=××4×2+4×2+5×4+4×4+5×4=92.
10.g2[2012·天津卷] 乙個幾何體的三檢視如圖1-2所示(單位:m),則該幾何體的體積為________m3.
圖1-2
10.18+9π [解析] 本題考查幾何體的三檢視及體積公式,考查運算求解及空間想象力,容易題.
由三檢視可得該幾何體為乙個長方體與兩個球的組合體,其體積
v=6×3×1+2×π×3=18+9π.
4.g2[2012·福建卷] 乙個幾何體的三檢視形狀都相同、大小均相等,那麼這個幾何體不可以是( )
a.球 b.三稜錐
c.正方體 d.圓柱
4.d [解析] 本題考查簡單幾何體的三檢視,大小、形狀的判斷以及空間想象能力,球的三檢視大小、形狀相同.三稜錐的三檢視也可能相同,正方體三種檢視也相同,只有圓柱不同.
6.g2[2012·廣東卷] 某幾何體的三檢視如圖1-1所示,它的體積為( )
圖1-1
a.12π b.45π
c.57π d.81π
[解析] 根據三檢視知該幾何體是由圓柱與圓錐構成,圓柱與圓錐的半徑r=3,圓錐的高h=4,圓柱的高為5,所以v組合體=v圓柱+v圓錐=π×32×5+×π×32×4=57π,所以選擇c.
4.g2[2012·湖北卷] 已知某幾何體的三檢視如圖1-2所示,則該幾何體的體積為( )
圖1-2
a. b.3π
c. d.6π
4.b [解析] 根據三檢視知幾何體的下面是乙個圓柱,上面是圓柱的一半,所以v=2π+×2π=3π.故選b.
3.g2[2012·湖南卷] 某幾何體的正檢視和側檢視均如圖1-1所示,則該幾何體的俯檢視不可能是( )
圖1-1圖1-2
3.d [解析] 本題考查三檢視,意在考查考生對三檢視的辨析,以及對三檢視的理解和掌握.是基礎題型. 選項a,b,c,都有可能,選項d的正檢視應該有看不見的虛線,故d項是不可能的.
[易錯點] 本題由於對三檢視的不了解,易錯選c,三檢視中看不見的稜應該用虛線標出.
7.g2、g7[2012·課標全國卷] 如圖1-2,網格紙上小正方形的邊長為1,粗線畫出的是某幾何體的三檢視,則此幾何體的體積為( )
a.6 b.9 c.12 d.18
7.b [解析] 由三檢視可知,該幾何體是三稜錐,其底面是斜邊長為6的等腰直角三角形,有一條長為3的側稜垂直於底面(即三稜錐的高是3),可知底面等腰直角三角形斜邊上的高為3,故該幾何體的體積是v=××6×3×3=9,故選b.
11.g2、g7[2012·浙江卷] 已知某三稜錐的三檢視(單位:cm)如圖1-3所示,則該三稜錐的體積等於________cm3.
11.1 [解析] 本題考查三稜錐的三檢視與體積計算公式,考查
學生對資料的運算處理能力和空間想象能力.由三檢視可知,幾何體為乙個三稜錐,則v=sh=××1×3×2=1.
[點評] 正確的識圖是解決三檢視問題的關鍵,同時要注意稜長的長度、關係等.
g3 平面的基本性質、空間兩條直線
18.g3、g5[2012·陝西卷] (1)如圖1-6所示,證明命題「a是平面π內的一條直線,b是π外的一條直線(b不垂直於π),c是直線b在π上的投影,若a⊥b,則a⊥c」為真;
(2)寫出上述命題的逆命題,並判斷其真假(不需證明).
18.解:(1)證法一:如下圖,過直線b上任一點作平面π的垂線n,設直線a,b,c,n的方向向量分別是a,b,c,n,則b,c,n共面.根據平面向量基本定理,存在實數λ,μ使得c=λb+μn,則a·c=a·(λb+μn)=λ(a·b)+μ(a·n),
因為a⊥b,所以a·b=0,
又因為a π,n⊥π,所以a·n=0,
故a·c =0,從而a⊥c.
證法二:如圖,記c∩b=a,p為直線b上異於點a的任意一點,過p作po⊥π,垂足為o,則o∈c.
∵po⊥π,a π,∴直線po⊥a,
又a⊥b,b 平面pao,po∩b=p,
∴a⊥平面pao,又c 平面pao,∴a⊥c.
(2)逆命題為:a是平面π內的一條直線,b是π外的一條直線(b不垂直於π),c是直線b在π上的投影,若a⊥c,則a⊥b.
逆命題為真命題.
g4 空間中的平行關係
18.g4、g7、g11[2012·全國卷] 如圖1-1,四稜錐p-abcd中,底面abcd為菱形,pa⊥底面abcd,ac=2,pa=2,e是pc上的一點,pe=2ec.
(1)證明:pc⊥平面bed;
(2)設二面角a-pb-c為90°,求pd與平面pbc所成角的大小.
18.解:方法一:(1)因為底面abcd為菱形,所以bd⊥ac,
又pa⊥底面abcd,所以pc⊥bd.
設ac∩bd=f,鏈結ef.因為ac=2,
pa=2,pe=2ec,故pc=2,ec=,fc=,
從而=,=.
因為=,∠fce=∠pca,
所以△fce∽△pca,∠fec=∠pac=90°,
由此知pc⊥ef.
pc與平面bed內兩條相交直線bd,ef都垂直,所以pc⊥平面bed.
(2)在平面pab內過點a作ag⊥pb,g為垂足.
因為二面角a-pb-c為90°,所以平面pab⊥平面pbc.
又平面pab∩平面pbc=pb,
故ag⊥平面pbc,ag⊥bc.
bc與平面pab內兩條相交直線pa,ag都垂直,故bc⊥平面pab,於是bc⊥ab,所以底面abcd為正方形,ad=2,pd==2.
設d到平面pbc的距離為d.因為ad∥bc,且ad平面pbc,bc平面pbc,故ad∥平面pbc,a、d兩點到平面pbc的距離相等,即d=ag=.
設pd與平面pbc所成的角為α,則sinα==.
所以pd與平面pbc所成的角為30°.
方法二:(1)以a為座標原點,射線ac為x軸的正半軸,建立如圖所示的空間直角座標系a-xyz.
設c(2,0,0),d(,b,0),其中b>0,則p(0,0,2),e,b(,-b,0).
於是=(2,0,-2),
=,=,
從而·=0,·=0,
故pc⊥be,pc⊥de.
又be∩de=e,所以pc⊥平面bde.
(2)=(0,0,2),=(,-b,0).
設m=(x,y,z)為平面pab的法向量,
則m·=0,m·=0,
即2z=0,且x-by=0,
令x=b,則m=(b,,0).
設n=(p,q,r)為平面pbc的法向量,則
n·=0,n·=0,
即2p-2r=0且+bq+r=0,
令p=1,則r=,q=-,n=.
因為面pab⊥面pbc,故m·n=0,即b-=0,故b=,於是n=(1,-1,),=(-,-,2),
cos〈n,〉==,〈n,〉=60°.
因為pd與平面pbc所成角和〈n,〉互餘,故pd與平面pbc所成的角為30°.
18.g4、g5、g11[2012·福建卷] 如圖1-3,在長方體abcd-a1b1c1d1中,aa1=ad=1,e為cd中點.
(1)求證:b1e⊥ad1;
(2)在稜aa1上是否存在一點p,使得dp∥平面b1ae?若存在,求ap的長;若不存在,說明理由;
(3)若二面角a-b1e-a1的大小為30°,求ab的長.
18.解:(1)以a為原點,,,的方向分別為x軸,y軸,z軸的正方向建立空間直角座標系(如圖).設ab=a,則a(0,0,0),d(0,1,0),d1(0,1,1),e,b1(a,0,1),故ad1=(0,1,1),=,=(a,0,1),=.
∵·=-×0+1×1+(-1)×1=0,
∴b1e⊥ad1.
(2)假設在稜aa1上存在一點p(0,0,z0),
使得dp∥平面b1ae.此時=(0,-1,z0).
又設平面b1ae的法向量n=(x,y,z).
∵n⊥平面b1ae,∴n⊥,n⊥,得
取x=1,得平面b1ae的乙個法向量n=.
要使dp∥平面b1ae,只要n⊥,有-az0=0,解得z0=.
又dp平面b1ae,∴存在點p,滿足dp∥平面b1ae,此時ap=.
(3)連線a1d,b1c,由長方體abcd-a1b1c1d1及aa1=ad=1,得ad1⊥a1d.
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