一、選擇題
1.已知直線l,m與平面α,β,l?α,m?β,則下列命題中正確的是( )
A.若l∥m,則必有α∥βB.若l⊥m,則必有α⊥β
C.若l⊥β,則必有α⊥βD.若α⊥β,則必有m⊥α
2.PA垂直于以AB為直徑的圓所在的平面,C為圓上異于A,B兩點(diǎn)的任一點(diǎn),則下列關(guān)系不正確的是( )
A.PA⊥BCB.BC⊥平面PAC
C.AC⊥PBD.PC⊥BC
3.如圖,在四面體D-ABC中,若AB=CB,AD=CD,E是AC的中點(diǎn),則下列結(jié)論正確的是( )
A.平面ABC⊥平面ABD
B.平面ABD⊥平面BDC
C.平面ABC⊥平面BDE,且平面ADC⊥平面BDE
D.平面ABC⊥平面ADC,且平面ADC⊥平面BDE
4.《九章算術(shù)》中,將四個面都為直角三角形的四面體稱之為“鱉臑”.在如圖所示的四棱錐P-ABCD中,PD⊥平面ABCD,底面ABCD是正方形,且PD=CD,點(diǎn)E,F(xiàn)分別為PC,PD的中點(diǎn),則圖中的鱉臑有( )
A.2個B.3個
C.4個D.5個
5.[2021·山東臨沂教學(xué)質(zhì)量檢測]已知a,b是兩條異面直線,直線c與a,b都垂直,則下列說法正確的是( )
A.若c?平面α,則a⊥α
B.若c⊥平面α,則a∥α,b∥α
C.存在平面α,使得c⊥α,a?α,b∥α
D.存在平面α,使得c∥α,a⊥α,b⊥α
二、填空題
6.[2021·寧夏銀川質(zhì)檢]如圖,已知PA⊥平面ABC,BC⊥AC,則圖中直角三角形的個數(shù)為________.
7.如圖,在四棱錐P-ABCD中,PA⊥底面ABCD,且底面各邊都相等,M是PC上的一動點(diǎn),當(dāng)點(diǎn)M滿足________時,平面MBD⊥平面PCD(只要填寫一個你認(rèn)為正確的條件即可).
8.[2019·全國卷Ⅰ]已知∠ACB=90°,P為平面ABC外一點(diǎn),PC=2,點(diǎn)P到∠ACB兩邊AC,BC的距離均為eq \r(3),那么P到平面ABC的距離為________.
三、解答題
9.[2021·遼寧五校模擬]在如圖所示的幾何體中,DE∥AC,AC⊥平面BCD,AC=2DE=4,BC=2,DC=1,∠BCD=60°.
(1)證明:BD⊥平面ACDE;
(2)過點(diǎn)D作一平行于平面ABE的截面,畫出該截面,說明理由,并求夾在該截面與平面ABE之間的幾何體的體積.
10.
[2021·惠州市高三調(diào)研考試試題]如圖,AB為圓O的直徑,點(diǎn)E,F(xiàn)在圓O上AB∥EF,矩形ABCD所在平面和圓O所在的平面互相垂直,已知AB=3,EF=1.
(1)求證:平面DAF⊥平面CBF;
(2)設(shè)幾何體F-ABCD,F(xiàn)-BCE的體積分別為V1,V2,求V1:V2.
[能力挑戰(zhàn)]
11.[2021·安徽省示范高中名校高三聯(lián)考]如圖1是由正方形ABCG,直角梯形ABED,三角形BCF組成的一個平面圖形,其中AB=2DE=2,BE=BF=CF=eq \r(3),將其沿AB,BC折起使得BE與BF重合,連接DG,如圖2.
(1)證明:圖2中的D,E,C,G四點(diǎn)共面,且平面ABD⊥平面DEC;
(2)求圖2中點(diǎn)A到平面BCE的距離.
課時作業(yè)43
1.解析:對于選項(xiàng)A,平面α和平面β還有可能相交,所以選項(xiàng)A錯誤;對于選項(xiàng)B,平面α和平面β還有可能斜交或平行,所以選項(xiàng)B錯誤;對于選項(xiàng)C,因?yàn)閘?α,l⊥β,所以α⊥β,所以選項(xiàng)C正確;對于選項(xiàng)D,直線m可能和平面α垂直,也可能相交或平行,所以選項(xiàng)D錯誤.故選C.
答案:C
2.解析:由PA⊥平面ACB,BC?平面ACB,所以PA⊥BC,故A不符合題意;由BC⊥PA,BC⊥AC,PA∩AC=A,可得BC⊥平面PAC,所以BC⊥PC,故B,D不符合題意;無法判斷AC⊥PB,故選C.
答案:C
3.解析:因?yàn)锳B=CB,且E是AC的中點(diǎn),所以BE⊥AC,同理有DE⊥AC,于是AC⊥平面BDE.因?yàn)锳C在平面ABC內(nèi),所以平面ABC⊥平面BDE.又由于AC?平面ACD,所以平面ACD⊥平面BDE.
答案:C
4.解析:由題意,因?yàn)镻D⊥底面ABCD,所以PD⊥DC,PD⊥BC,又四邊形ABCD為正方形,所以BC⊥CD,所以BC⊥平面PCD,BC⊥PC,所以四面體PDBC是一個鱉臑,因?yàn)镈E?平面PCD,所以BC⊥DE,因?yàn)镻D=CD,點(diǎn)E是PC的中點(diǎn),所以DE⊥PC,因?yàn)镻C∩BC=C,所以DE⊥平面PBC,可知四面體EBCD的四個面都是直角三角形,即四面體EBCD是一個鱉臑,同理可得,四面體PABD和FABD都是鱉臑,故選C.
答案:C
5.解析:若c?平面α,則a?α或a∥α或a與α相交,A錯誤;若c⊥平面α,則a?α或a∥α,B錯誤;存在平面α,使得c⊥α,a?α,b∥α,C正確;若a⊥α,b⊥α,則a∥b,與a,b是異面直線矛盾,D錯誤,故選C.
答案:C
6.解析:∵PA⊥平面ABC,AB,AC,BC?平面ABC,
∴PA⊥AB,PA⊥AC,PA⊥BC,則△PAB,△PAC為直角三角形.由BC⊥AC,且AC∩PA=A,得BC⊥平面PAC,從而BC⊥PC,因此△ABC,△PBC也是直角三角形.所以圖中共有4個直角三角形.
答案:4
7.解析:∵PC在底面ABCD上的射影為AC,且AC⊥BD,
∴BD⊥PC.∴當(dāng)DM⊥PC(或BM⊥PC)時,即有PC⊥平面MBD,而PC?平面PCD,∴平面MBD⊥平面PCD.
答案:DM⊥PC(或BM⊥PC)
8.解析:設(shè)PO⊥平面ABC于O,PE⊥AC于E,PF⊥BC于F,連接OE、OF、OC,
∵PO⊥平面ABC,∴PO⊥AC,
又PO∩PE=P,∴AC⊥平面POE,
∴AC⊥OE,
同理有BC⊥OF,∴四邊形OECF為矩形,
∵PC=PC且PE=PF,
∴Rt△PEC≌Rt△PFC,
∴EC=FC=eq \r(PC2-PE2)=1,
∴四邊形OECF是邊長為1的正方形,
∴OC=eq \r(2),
在Rt△POC中,PO=eq \r(PC2-OC2)=eq \r(2).
答案:eq \r(2)
9.解析:(1)在△BCD中,由余弦定理得BD2=22+12-2×1×2cs 60°=3,
所以BC2=BD2+DC2,所以△BCD為直角三角形,BD⊥CD.
因?yàn)锳C⊥平面BCD,所以AC⊥BD.
而AC∩CD=C,所以BD⊥平面ACDE.
(2)如圖,取AC的中點(diǎn)F,BC的中點(diǎn)M,連接DF,DM,MF,則平面DFM即所求.
理由如下:因?yàn)镈E∥AC,DE=AF,所以四邊形AEDF為平行四邊形,所以DF∥AE,從而DF∥平面ABE,
易證FM∥平面ABE.
因?yàn)镕M∩DF=F,所以平面DFM∥平面ABE.
由(1)可知,BD⊥平面ACDE,F(xiàn)C⊥平面CDM.
V四棱錐B-ACDE=eq \f(1,3)×eq \f((2+4)×1,2)×eq \r(3)=eq \r(3),
V三棱錐F-CDM=eq \f(1,3)×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)×1×1×sin 60°))×2=eq \f(\r(3),6),
所以所求幾何體的體積V=eq \r(3)-eq \f(\r(3),6)=eq \f(5\r(3),6).
10.解析:解法一 ∵平面ABCD⊥平面ABEF,矩形ABCD中,CB⊥AB,平面ABCD∩平面ABEF=AB,CB?平面ABCD,
∴CB⊥平面ABEF,
∵AF?平面ABEF,∴AF⊥CB.
又AB為圓O的直徑,∴AF⊥BF,
∵CB∩BF=B,CB?平面CBF,BF?平面CBF,
∴AF⊥平面CBF,
∵AF?平面DAF,∴平面DAF⊥平面CBF.
解法二 ∵平面ABCD⊥平面ABEF,矩形ABCD中,DA⊥AB,
平面ABCD∩平面ABEF=AB,DA?平面ABCD,
∴DA⊥平面ABEF,
∵BF?平面ABEF,∴DA⊥BF.
又AB為圓O的直徑,∴AF⊥BF,
∵DA∩AF=A,DA?平面DAF,AF?平面DAF,
∴BF⊥平面DAF,
∵BF?平面CBF,∴平面DAF⊥平面CBF.
(2)如圖,過點(diǎn)F作FH⊥AB,交AB于H,
∵平面ABCD⊥平面ABEF,平面ABCD∩平面ABEF=AB,且FH?平面ABEF,
∴FH⊥平面ABCD.
則V1=eq \f(1,3)×(AB×BC)×FH,
V2=eq \f(1,3)×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(EF×HF,2)))×BC,
∴eq \f(V1,V2)=eq \f(2AB,EF)=6.
11.解析:(1)證明:因?yàn)檎叫蜛BCG中,AB∥CG,梯形ABED中,DE∥AB,所以DE∥CG,
所以D,E,C,G四點(diǎn)共面.
因?yàn)锳G⊥AB,所以AG⊥DE.因?yàn)锳D⊥DE,AD∩AG=A,
所以DE⊥平面ADG.
因?yàn)镈G?平面ADG,所以DE⊥DG.
在直角梯形ABED中,AB=2,DE=1,BE=eq \r(3),可求得AD=eq \r(2),
同理在直角梯形GCED中,可求得DG=eq \r(2),又AG=BC=2,
所以AD2+DG2=AG2,由勾股定理的逆定理可知AD⊥DG.
因?yàn)锳D⊥DE,DE∩DG=D,所以AD⊥平面DEG.
因?yàn)锳D?平面ABD,故平面ABD⊥平面DEG,即平面ABD⊥平面DEC.
(2)在等腰直角三角形ADG中,AG邊上的高為1,所以點(diǎn)D到平面ABC的距離等于1.
因?yàn)镈E與平面ABC平行,所以點(diǎn)E到平面ABC的距離h1=1,
連接AC,AE,三角形ABC的面積S1=eq \f(1,2)AB·BC=2,
△BCE中,BC邊上的高為 eq \r(BE2-\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(BC,2)))2)=eq \r(2),
△BCE的面積S2=eq \f(1,2)BC·eq \r(2)=eq \r(2).
設(shè)點(diǎn)A到平面BCE的距離為h2,由三棱錐A-BCE的體積VA-BCE=VE-ABC,
得h2=eq \r(2),故點(diǎn)A到平面BCE的距離為eq \r(2).

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