
1.(2023·福建寧德·??级#┰陂L方體中,和與底面所成的角分別為和,則異面直線和所成角的余弦值為( )
A.B.C.D.
【答案】C
【解析】由題意,可作圖如下:
則,,設(shè),在中,易知,
在中,,,,
在長方體中,易知,
則為異面直線與的夾角或其補(bǔ)角,
在中,,則,同理可得,,
由余弦定理,則.
故選:C.
2.(2023·陜西咸陽·武功縣普集高級中學(xué)校考模擬預(yù)測)已知正方體,棱長為1,,分別為棱,的中點(diǎn),則( )
A.直線與直線共面B.不垂直于
C.直線與直線的所成角為60°D.三棱錐的體積為
【答案】D
【解析】如圖,以為原點(diǎn),以,,所在直線分別為,,建立空間直角坐標(biāo)系,
則,,,,,,,,,,
對于A,假設(shè)直線與直線共面,
∵平面平面,平面平面,平面平面,
∴,
∵,
∴,矛盾,
∴直線與直線不共面,A錯(cuò)誤;
對于B,∵,,
∴,
∴,
∴,B錯(cuò)誤,
對于C,設(shè)直線與直線所成的角為,
∵,,
∴,
∴,
∴C錯(cuò)誤,
對于D,∵平面,
∴,D正確.
故選:D.
3.(2023·河南·襄城高中校聯(lián)考三模)已知三棱錐中,平面ABC,,,,,D為PB的中點(diǎn),則異面直線AD與PC所成角的余弦值為( )
A.B.C.D.
【答案】D
【解析】如圖所示,取BC的中點(diǎn)E,連接AE,DE,
則,或其補(bǔ)角即為異面直線AD與PC所成的角.
由,,,則有,所以,
E為BC的中點(diǎn),則,
平面ABC,中,,∴
中,,∴,
在中,根據(jù)余弦定理可得.
所以異面直線AD與PC所成角的余弦值為.
故選:D
4.(2023·北京海淀·北航實(shí)驗(yàn)學(xué)校校考三模)已知正方體中,點(diǎn)M為線段上的動點(diǎn),點(diǎn)N為線段上的動點(diǎn),則與線段相交且互相平分的線段MN有( )
A.0條B.1條C.2條D.3條
【答案】B
【解析】在正方體中,,而平面,即有平面,
又與線段相交,則交點(diǎn)必在直線上,而平面,于是平面,平面,
因?yàn)?,平面,即平面,而平面平面?br>因此,即點(diǎn)為的交點(diǎn),又線段與互相平分,
取的中點(diǎn),連接并延長交于,顯然,于是為的中點(diǎn),
所以當(dāng)點(diǎn)與重合,點(diǎn)與重合時(shí),與線段相交且互相平分,這樣的直線只有1條.
故選:B
5.(2023·廣東汕頭·統(tǒng)考二模)已知,,是三個(gè)平面,,,,且,則下列結(jié)論正確的是( )
A.直線b與直線c可能是異面直線B.直線a與直線c可能平行
C.直線a,b,c必然交于一點(diǎn)(即三線共點(diǎn))D.直線c與平面可能平行
【答案】C
【解析】ABC選項(xiàng),因?yàn)椋?,?br>所以,
因?yàn)?,所以?br>所以直線a,b,c必然交于一點(diǎn)(即三線共點(diǎn)),AB錯(cuò)誤,C正確;
D選項(xiàng),假設(shè)直線c與平面平行,
假設(shè)直線c與平面 α 平行,由,可知,
這與矛盾,故假設(shè)不成立,D錯(cuò)誤.
故選:C
6.(2023·陜西延安·??家荒#┰谕ㄓ眉夹g(shù)課上,某小組將一個(gè)直三棱柱展開,得到的平面圖如圖所示.其中,,,是上的點(diǎn),則在直三棱柱中,下列結(jié)論錯(cuò)誤的是( )
A.與是異面直線
B.
C.平面將三棱柱截成一個(gè)五面體和一個(gè)四面體
D.的最小值是
【答案】D
【解析】由題設(shè),可得直三棱柱,如圖.
由直三棱柱的結(jié)構(gòu)特征知: 而是相交直線,所以與是異面直線,項(xiàng)正確;
因?yàn)?,?所以,
又,且,平面,所以平面,
又平面,故B正確;
由圖知,平面將三棱柱截成四棱錐和三棱錐,一個(gè)五面體和一個(gè)四面體,C項(xiàng)正確;
將平面和平面展開,展開為一個(gè)平面,如圖,
當(dāng)共線時(shí),的最小值為,D錯(cuò)誤.
故選:D
7.(2023·吉林·長春吉大附中實(shí)驗(yàn)學(xué)校校考模擬預(yù)測)在長方體中,直線與平面的交點(diǎn)為為線段的中點(diǎn),則下列結(jié)論錯(cuò)誤的是( )
A.三點(diǎn)共線B.四點(diǎn)異不共面
C.四點(diǎn)共面D.四點(diǎn)共面
【答案】C
【解析】
因?yàn)?,
則四點(diǎn)共面.
因?yàn)?,
則 平面 ,
又 平面 ,
則點(diǎn) 在平面 與平面的交線上,
同理, 也在平面 與平面 的交線上,
所以三點(diǎn)共線;
從而 四點(diǎn)共面,都在平面 內(nèi),
而點(diǎn)B不在平面 內(nèi),
所以四點(diǎn)不共面,故選項(xiàng)B正確;
三點(diǎn)均在平面內(nèi),
而點(diǎn)A不在平面內(nèi),
所以直線AO與平面相交且點(diǎn)O是交點(diǎn),
所以點(diǎn)M不在平面內(nèi),
即 四點(diǎn)不共面,
故選項(xiàng)C錯(cuò)誤;
,且,
所以為平行四邊形,
所以共面,
所以四點(diǎn)共面,
故選項(xiàng)D正確.
故選: C.
8.(2023·四川成都·樹德中學(xué)校考模擬預(yù)測)為棱長為2的正方體,點(diǎn)分別為,的中點(diǎn),給出以下命題:①直線與是異面直線;②點(diǎn)到面距離為;③若點(diǎn)三點(diǎn)確定的平面與交于點(diǎn),則,正確命題有( )
A.0個(gè)B.1個(gè)C.2個(gè)D.3個(gè)
【答案】B
【解析】對①,由圖可知,不在平面內(nèi),故直線與是異面直線,故①正確;
對②,取的中點(diǎn),過作,連接,
由為2的正方體,是的中點(diǎn),可得平面,
因?yàn)槠矫?,所以?br>因?yàn)?,,,平面?br>所以平面,故即為點(diǎn)到面距離,
又,所以四點(diǎn)共面,
所以即為點(diǎn)到面距離,
由條件可求,,,,
所以,
所以,因?yàn)椋?br>所以點(diǎn)到面距離為,故②錯(cuò)誤;
對③,如圖,將面擴(kuò)展,取,則,
取的中點(diǎn),連接,
則與的交點(diǎn)即為點(diǎn)三點(diǎn)確定的平面與的交點(diǎn),
因?yàn)?,所以為的中點(diǎn),
又,所以,故③錯(cuò)誤.
故選:B.
9.(多選題)(2023·湖北襄陽·襄陽四中校考模擬預(yù)測)下列命題正確的有( )
A.空間中兩兩相交的三條直線一定共面
B.已知不重合的兩個(gè)平面,則存在直線,使得為異面直線
C.有兩個(gè)平面平行,其他各個(gè)面都是平行四邊形的多面體是棱柱
D.過平面外一定點(diǎn),有且只有一個(gè)平面與平行
【答案】BD
【解析】對于A,空間中兩兩相交的三條直線交于同一點(diǎn)時(shí),可能共面也可能不共面,A錯(cuò)誤;
對于B,不重合的兩個(gè)平面,可能平行或者相交,
不論是平行還是相交,都存在直線,使得為異面直線,B正確;
對于C,如圖示幾何體滿足兩個(gè)平面平行,其他各個(gè)面都是平行四邊形,
但該幾何體不是棱柱,C錯(cuò)誤;
對于D,由于過平面外一定點(diǎn),有且只有一條直線m與平面垂直,
過點(diǎn)P有且只有一個(gè)平面與m垂直,則,
故過平面外一定點(diǎn),有且只有一個(gè)平面與平行,D正確,
故選:BD
10.(多選題)(2023·黑龍江大慶·大慶實(shí)驗(yàn)中學(xué)??寄M預(yù)測)已知空間中的平面,直線,,以及點(diǎn),,,,則以下四個(gè)命題中,不正確的命題是( )
A.在空間中,四邊形滿足,則四邊形是菱形.
B.若,,則.
C.若,,,,,,則.
D.若和是異面直線,和是平行直線,則和是異面直線.
【答案】ABD
【解析】對于A項(xiàng),正四面體的各條棱長均相等,四邊形為空間四邊形,不是菱形,故A項(xiàng)錯(cuò)誤;
對于B項(xiàng),若,則或與相交,所以或(此時(shí)為與的交點(diǎn)),故B項(xiàng)錯(cuò)誤;
對于C項(xiàng),由已知可得,,,即直線上有兩個(gè)點(diǎn)在平面內(nèi),
根據(jù)基本事實(shí)2可知,故C項(xiàng)正確;
對于D項(xiàng),如圖正方體中,和異面(是異面直線),(),
但是(相交),故D項(xiàng)錯(cuò)誤.
故選:ABD.
11.(多選題)(2023·廣東湛江·??寄M預(yù)測)在棱長為1的正方體中,M為底面的中心,,,N為線段AQ的中點(diǎn),則( )
A.CN與QM共面
B.三棱錐的體積跟的取值無關(guān)
C.時(shí),過A,Q,M三點(diǎn)的平面截正方體所得截面的周長為
D.時(shí),
【答案】ABC
【解析】在中,因?yàn)闉榈闹悬c(diǎn),所以,
所以與共面,所以A正確;
由,因?yàn)榈狡矫娴木嚯x為定值,且的面積為定值,
所以三棱錐的體積跟的取值無關(guān),所以B正確;
當(dāng)時(shí),過三點(diǎn)的正方體的截面是等腰梯形,
所以平面截正方體所得截面的周長為,
所以C正確;
當(dāng)時(shí),可得為的中點(diǎn),為的中點(diǎn)
,
則,所以不成,所以D不正確.
故選:ABC
12.(多選題)(2023·云南曲靖·??既#┤鐖D,棱長為2的正方體中,點(diǎn)分別是棱的中點(diǎn),則( )
A.直線為異面直線
B.平面
C.過點(diǎn)的平面截正方體的截面面積為
D.點(diǎn)是側(cè)面內(nèi)一點(diǎn)(含邊界),平面,則的取值范圍是
【答案】BC
【解析】對于A,連接,
由題意可知,因?yàn)?,所以,所以共面?br>故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;
對于B,因?yàn)椋矫?,平面?br>所以平面,同理,平面,
且,平面,
所以平面平面,
連結(jié),
因?yàn)?,,,且平面?br>所以平面,平面,
所以,同理,,且,平面,
所以平面,且平面平面,
所以平面,故選項(xiàng)B正確;
對于C,連接,
根據(jù)正方體的性質(zhì)可得,且,
所以平面即為過點(diǎn)的平面截正方體的截面,該四邊形為等腰梯形,
其上底,下底,腰,高為,
所以截面面積為,故選項(xiàng)C正確;
對于D,取的中點(diǎn),的中點(diǎn)H,連結(jié),
因?yàn)?,且,所以四邊形是平行四邊形?br>所以,平面,平面,
所以平面,
因?yàn)?,平面,平面?br>所以平面,且,平面,
所以平面平面,
因?yàn)辄c(diǎn)是側(cè)面內(nèi)一點(diǎn)(含邊界),平面,
所以點(diǎn)的軌跡為線段,
連接,
在中,,
點(diǎn)到的距離為,
的取值范圍為,故D錯(cuò)誤.
故選:BC
13.(2023·山東濟(jì)寧·嘉祥縣第一中學(xué)統(tǒng)考三模)在棱長為2的正方體中,為底面的中心,為的中點(diǎn),則異面直線與所成角的余弦值是 .
【答案】/
【解析】在棱長為2的正方體中,取中點(diǎn),連接,如圖,
因?yàn)闉榈闹悬c(diǎn),有,則四邊形是平行四邊形,
于是,又,即有四邊形是平行四邊形,
因此,則是異面直線與所成的角或補(bǔ)角,
而為底面的中心,則,又平面,
從而平面,而平面,則,
在中,,于是,
所以異面直線與所成角的余弦值是.
故答案為:
14.(2023·四川涼山·三模)在棱長為2的正方體中,若E為棱的中點(diǎn),則平面截正方體的截面面積為 .
【答案】
【解析】如圖,在正方體中,
平面平面,
平面與平面的交線必過且平行于,
故平面經(jīng)過的中點(diǎn),連接,得截面,
易知截面是邊長為的菱形,其對角線,
,截面面積.
故答案為:.
15.(2021·寧夏銀川·銀川一中??寄M預(yù)測)下列命題中正確的命題為 .
①若在平面外,它的三條邊所在的直線分別交于,則三點(diǎn)共線;
②若三條直線互相平行且分別交直線于三點(diǎn),則這四條直線共面;
③若直線異面,異面,則異面;
④若,則.
【答案】①②
【解析】對于①,設(shè)平面平面,因?yàn)?,所以平面?br>所以,同理,,故三點(diǎn)共線,①正確;
對于②,因?yàn)?,所以可以確定一個(gè)平面,
因?yàn)樗?,所以,又?br>所以,因?yàn)?,所以或,又?br>所以不成立,所以,即這四條直線共面,所以②正確;
對于③,直線異面,異面,但是平行,所以③錯(cuò)誤,如下右圖;
對于④,,但,所以④錯(cuò)誤,如下左圖.
故正確的命題為①②.
故答案為:①②
16.(2023·陜西西安·陜西師大附中??寄M預(yù)測)在直四棱柱中,,,M,N在棱,上,且,,過的平面交于G,則截面的面積為 .
【答案】
【解析】取上靠近點(diǎn)的一個(gè)四等分點(diǎn),連接,,
因?yàn)椋郧遥瑒t四邊形為平行四邊形,
所以且,過點(diǎn)作,因?yàn)?,所以四邊形為平行四邊形?br>則且,所以且,則截面為平行四邊形,
由直四棱柱的性質(zhì)可得,
,
,,
在△中,由余弦定理得,,
所以,
則截面的面積為;
故答案為:6
17.(2023·廣東珠海·珠海市斗門區(qū)第一中學(xué)??既#┤鐖D,正方體中,直線平面,,.
(1)設(shè),,試在所給圖中作出直線,使得,并說明理由;
(2)設(shè)點(diǎn)A與(1)中所作直線確定平面.
①求平面與平面ABCD的夾角的余弦值;
②請?jiān)趥溆脠D中作出平面截正方體所得的截面,并寫出作法.
【解析】(1)由題意,P、Q分別為和的中點(diǎn)吋,有,
證明過程如下:連接,取和中點(diǎn)分別為P、Q,連接,
∵,∴一定過經(jīng)過點(diǎn)E,∴PQ即為所求作的l.
∵P、Q分別為和的中點(diǎn),∴P、Q為的中位線,
∴,且PQ過經(jīng)過點(diǎn)E,
∵正方體的的上底面為正方形.
∴,∵,∴,
又∵正方體的側(cè)棱垂直底面,,
∴,又∵,平面,.
∴平面,∵平面,
∴,即;
(2)①連接AP,AQ,∵正方體中,有AD,DC,DD兩兩垂直,以D點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn),建立空間直角坐標(biāo)系,如圖所示,
設(shè)正方體邊長為2,則有,,,,,
所以,,
∵正方體的側(cè)棱垂直底面ABCD,∴為平面ABCD的法向量.
設(shè)平面,即平面APQ的法向量,則,.
∴,,即
令,則,.
∴平面APQ的一個(gè)法向量.
,,,
設(shè)平面與平面ABCD的夾角的平面角為,
則;
②設(shè)直線交于,連接分別交于,連接,則平面即為平面截正方體所得的截面,如圖所示.
18.(2022·陜西西安·西北工業(yè)大學(xué)附屬中學(xué)校考模擬預(yù)測)如圖,在正四面體A-BCD中,點(diǎn)E,F(xiàn)分別是AB,BC的中點(diǎn),點(diǎn)G,H分別在CD,AD上,且,.
(1)求證:直線EH,F(xiàn)G必相交于一點(diǎn),且這個(gè)交點(diǎn)在直線BD上;
(2)若,求點(diǎn)B到平面EFGH的距離.
【解析】(1)因?yàn)?,,所以,又,所以,故E,F(xiàn),G,H四點(diǎn)共面,且直線EH,F(xiàn)G必相交于一點(diǎn),設(shè),因?yàn)椋矫鍭BD,所以M∈平面ABD,同理:平面BCD,而平面平面,故平面BCD,即直線EH,F(xiàn)G必相交于一點(diǎn),且這個(gè)交點(diǎn)在直線BD上.
(2)連結(jié)EG,BG,點(diǎn)B到平面EFGH的距離為d,正四面體的棱長為2易知該正四面體的高為,所以E到平面BFG的距離為,在△CFG中,由余弦定理可得:,在等腰梯形EFGH中可得:G到EF的距離為,而G到BF的距離也為,則.
由可得:,故點(diǎn)B到平面EFGH的距離為.
19.(2022·貴州·統(tǒng)考模擬預(yù)測)如圖,在正方體中,,,,分別是棱,,,的中點(diǎn).
(1)求證:,,,四點(diǎn)共面,記過這四點(diǎn)的平面為,在圖中畫出平面與該正方體各面的交線(不必說明畫法和理由);
(2)設(shè)(1)中平面與該正方體六個(gè)面所成銳二面角大小分別為(=1,2,3,4,5,6),求的值.
【解析】(1)連接,,,因?yàn)?,分別是棱,的中點(diǎn),
所以.又因?yàn)?,分別是棱,的中點(diǎn),所以.
故,所以,,,四點(diǎn)共面.
分別取和的中點(diǎn)為和,連接,,,
由正方體性質(zhì)得,,,所以多邊形共面,所以平面與該正方體各面的交線
如下圖(多邊形)所示.
(2)以為坐標(biāo)原點(diǎn),以的方向?yàn)檩S正方向建立如圖所示空間直角坐標(biāo)系,
設(shè)正方體的棱長為2,則
設(shè)平面的法向量為,
即,可取
又平面的一個(gè)法向量為,故.
因?yàn)槠矫娴囊粋€(gè)法向量為,故
因?yàn)槠矫娴囊粋€(gè)法向量為,故
因?yàn)槠矫娴囊粋€(gè)法向量為,故
因?yàn)槠矫娴囊粋€(gè)法向量為,故
因?yàn)槠矫娴囊粋€(gè)法向量為,故
所以,.
1.(2013?安徽)在下列命題中,不是公理的是
A.平行于同一個(gè)平面的兩個(gè)平面平行
B.過不在同一直線上的三個(gè)點(diǎn),有且只有一個(gè)平面
C.如果一條直線上的兩點(diǎn)在同一個(gè)平面內(nèi),那么這條直線上所有點(diǎn)都在此平面內(nèi)
D.如果兩個(gè)不重合的平面有一個(gè)公共點(diǎn),那么它們有且只有一條過該點(diǎn)的公共直線
【答案】
【解析】,,經(jīng)過人類長期反復(fù)的實(shí)踐檢驗(yàn)是真實(shí)的,不需要由其他判斷加以證明的命題和原理故是公理;
而平行于同一個(gè)平面的兩個(gè)平面平行是定理不是公理.
故選:.
2.(2013?江西)如圖,正方體的底面與正四面體的底面在同一平面上,且,正方體的六個(gè)面所在的平面與直線,相交的平面?zhèn)€數(shù)分別記為,,那么
A.8B.9C.10D.11
【答案】
【解析】由題意可知直線與正方體的上底面平行在正方體的下底面上,與正方體的四個(gè)側(cè)面不平行,所以,
直線與正方體的左右兩個(gè)側(cè)面平行,與正方體的上下底面相交,前后側(cè)面相交,所以,所以.
故選:.
3.(2005?陜西)不共面的四個(gè)定點(diǎn)到平面的距離都相等,這樣的平面共有
A.3個(gè)B.4個(gè)C.6個(gè)D.7個(gè)
【答案】
【解析】空間中不共面的四個(gè)定點(diǎn)構(gòu)成三棱錐,如圖:三棱錐,
①當(dāng)平面一側(cè)有一點(diǎn),另一側(cè)有三點(diǎn)時(shí),即對此三棱錐進(jìn)行換底,則三棱錐有四種表示形式,此時(shí)滿足條件的平面?zhèn)€數(shù)是四個(gè),
②當(dāng)平面一側(cè)有兩點(diǎn),另一側(cè)有兩點(diǎn)時(shí),即構(gòu)成的直線是三棱錐的相對棱,因三棱錐的相對棱有三對,則此時(shí)滿足條件的平面?zhèn)€數(shù)是三個(gè),
所以滿足條件的平面共有7個(gè),
故選:.
4.(2019?上海)已知平面、、兩兩垂直,直線、、滿足:,,,則直線、、不可能滿足以下哪種關(guān)系
A.兩兩垂直B.兩兩平行C.兩兩相交D.兩兩異面
【答案】
【解析】如圖1,可得、、可能兩兩垂直;
如圖2,可得、、可能兩兩相交;
如圖3,可得、、可能兩兩異面;
故選:.
5.(2016?上海)如圖,在正方體中,、分別為、的中點(diǎn),則下列直線中與直線相交的是
A.直線B.直線C.直線D.直線
【答案】
【解析】根據(jù)異面直線的概念可看出直線,,都和直線為異面直線;
和在同一平面內(nèi),且這兩直線不平行;
直線和直線相交,即選項(xiàng)正確.
故選:.
6.(2015?廣東)若直線和是異面直線,在平面內(nèi),在平面內(nèi),是平面與平面的交線,則下列命題正確的是
A.與,都不相交B.與,都相交
C.至多與,中的一條相交D.至少與,中的一條相交
【答案】
【解析】.與,可以相交,如圖:
該選項(xiàng)錯(cuò)誤;
.可以和,中的一個(gè)平行,如圖,該選項(xiàng)錯(cuò)誤;
.可以和,都相交,如圖:
該選項(xiàng)錯(cuò)誤;
.“至少與,中的一條相交”正確,假如和,都不相交;
和,都共面;
和,都平行;
,和共面,這樣便不符合已知的和異面;
該選項(xiàng)正確.
故選:.
7.(多選題)(2022?新高考Ⅰ)已知正方體,則
A.直線與所成的角為
B.直線與所成的角為
C.直線與平面所成的角為
D.直線與平面所成的角為
【答案】
【解析】如圖,
連接,由,,得四邊形為平行四邊形,
可得,,直線與所成的角為,故正確;
,,,平面,而平面,
,即直線與所成的角為,故正確;
設(shè),連接,可得平面,即為直線與平面所成的角,
,直線與平面所成的角為,故錯(cuò)誤;
底面,為直線與平面所成的角為,故正確.
故選:.
8.(2006?上海)如果一條直線與一個(gè)平面垂直,則稱此直線與平面構(gòu)成一個(gè)“正交線面對”.在一個(gè)正方體中,由兩個(gè)頂點(diǎn)確定的直線與含有四個(gè)頂點(diǎn)的平面構(gòu)成的“正交線面對”的個(gè)數(shù)是 .
【答案】36
【解析】正方體中,每一個(gè)表面有四條棱與之垂直,六個(gè)表面,共構(gòu)成24個(gè)“正交線面對”;
而正方體的六個(gè)對角截面中,每個(gè)對角面又有兩條面對角線與之垂直,共構(gòu)成12個(gè)“正交線面對”,
所以共有36個(gè)“正交線面對”;
故答案為36.
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