
1.(3分)(2022春·江蘇南京·高一期中)下列命題是真命題的是( )
A.如果兩個平面有三個公共點,那么這兩個平面重合
B.若四點不共面,則其中任意三點不共線
C.空間中,相交于同一點的三條直線在同一平面內(nèi)
D.三個不重合的平面最多可將空間分成七個部分
【解題思路】A.這兩個平面可能相交或重合,所以該選項錯誤;B.該選項正確;C. 空間中,相交于同一點的三條直線不一定在同一平面內(nèi),所以該選項錯誤;D. 三個不重合的平面最多可將空間分成八個部分,所以該選項錯誤.
【解答過程】A. 如果兩個平面有三個公共點,那么這兩個平面可能相交或重合,所以該選項錯誤;
B. 若四點不共面,則其中任意三點不共線,所以該選項正確;
C. 空間中,相交于同一點的三條直線不一定在同一平面內(nèi),如三棱錐P-ABC,相交于同一點P的三條直線PA,PB,PC不在同一平面內(nèi),所以該選項錯誤;
D. 三個不重合的平面最多可將空間分成八個部分,所以該選項錯誤.
故選:B.
2.(3分)如圖,正四棱臺中,A'D'所在的直線與BB'所在的直線是( )
A.相交直線B.平行直線C.不互相垂直的異面直線D.互相垂直的異面直線
【解題思路】首先證明A'D'//平面BCC'B',再說明B'C'∩BB'=B',證明異面,再利用側(cè)面為梯形,證明其互不垂直.
【解答過程】在正四棱臺中,A'D'//B'C',又A'D'?平面BCC'B',B'C'?平面BCC'B',
所以A'D'//平面BCC'B',又BB'?平面BCC'B',且B'C'∩BB'=B',
所以A'D'與BB'異面,
又因為四邊形BCC'B'是等腰梯形,所以BB'與B'C'不垂直,又∵A'D'//B'C'
所以BB'與A'D'不垂直,故兩者為不互相垂直的異面直線,
故選:C.
3.(3分)(2022·上?!じ叨n}練習)已知平面α與平面β,γ都相交,則這三個平面可能的交線有( )
A.1條或2條B.2條或3條C.1條或3條D.1條或2條或3條
【解題思路】根據(jù)平面β與平面γ的位置關系,分類討論,即可求解.
【解答過程】由題意,當三個平面兩兩相交且過同一直線時,它們有1條交線;
當平面β和γ平行時,它們的交線有2條;
當這三個平面兩兩相交且不過同一條直線時,它們有3條交線;
故選:D.
4.(3分)(2023·高三課時練習)在空間四邊形ABCD的各邊AB、BC、CD、DA上分別取E、F、G、H四點,若EF∩GH=P,則點P( )
A.一定在直線BD上B.一定在直線AC上
C.既在直線AC上也在直線BD上D.既不在直線AC上也不在直線BD上
【解題思路】由題意可得P∈平面ABC,P∈平面ACD,又平面ABC∩平面ACD=AC,則P∈AC,可得答案.
【解答過程】如圖,
∵EF?平面ABC,GH?平面ACD,EF∩GH=P,
∴P∈平面ABC,P∈平面ACD,
又平面ABC∩平面ACD=AC,
∴P∈AC,即點P一定在直線AC上.
故選:B.
5.(3分)(2023·全國·高三專題練習)在正方體中,E、F、G、H分別是該點所在棱的中點,則下列圖形中E、F、G、H四點共面的是( )
A.B.
C.D.
【解題思路】對于B,證明EH//FG即可;而對于BCD,首先通過輔助線找到其中三點所在的平面,然后說明另外一點不在該平面中即可.
【解答過程】對于選項A,如下圖,點E、F、H、M確定一個平面,該平面與底面交于FM,而點G不在平面EHMF上,故E、F、G、H四點不共面;
對于選項B,連結(jié)底面對角線AC,由中位線定理得FG//AC,又EH//AC,則EH//FG,故E、F、G、H四點共面
對于選項C,顯然E、F、H所確定的平面為正方體的底面,而點G不在該平面內(nèi),故E、F、G、H四點不共面;
對于選項D,如圖,取部分棱的中點,順次連接,得一個正六邊形,即點E、G、H確定的平面,該平面與正方體正面的交線為PQ,而點F不在直線PQ上,故E、F、G、H四點不共面.
故選:B.
6.(3分)(2023·高一課時練習)在棱長為1的正方體ABCD-A1B1C1D1中,P為B1C1的中點,那么直線CP與B1D1所成角的余弦值是( )
A.32B.1010C.35D.45
【解題思路】根據(jù)異面直線夾角的概念平移找角,再結(jié)合余弦定理計算即可.
【解答過程】解:連接A1C1交B1D1于Q,取DC中點為M,連接D1M,QM,QP,
由正方體可知,D1C1//DC,D1C1=DC,又A1C1交B1D1于Q,Q為B1D1中點,所以QP//D1C1,QP=12D1C1,
即QP//CM,QP=CM,所以四邊形PCMQ為平行四邊形,所以MQ//CP,MQ=CP
則直線CP與B1D1所成角為∠MQD1或其補角,
在△D1MQ中,D1Q=12D1B1=22,MQ=CP=12+122=52,D1M=12+122=52,
所以cs∠MQD1=MQ2+D1Q2-D1M22MQ?D1Q=54+12-542×52×22=1010,
則直線CP與B1D1所成角的余弦值是1010.
故選:B.
7.(3分)(2022春·四川成都·高二階段練習)對于兩條不同直線m,n和兩個不同平面α,β,下列選項錯誤的為( )
A.若m⊥α,n⊥β,α⊥β,則m⊥nB.若m∥α,n∥β,α⊥β,則m⊥n或m∥n
C.若m∥α,α∥β,則m∥β或m?βD.若m⊥α,m⊥n,則n∥α或n?α
【解題思路】根據(jù)空間中的線面關系逐一判斷即可.
【解答過程】若m⊥α,n⊥β,α⊥β,則m⊥n,故A正確;
由m∥α,n∥β,α⊥β推不出m⊥n或m∥n,故B錯誤;
若m∥α,α∥β,則m∥β或m?β,故C正確;
若m⊥α,m⊥n,則n∥α或n?α,故D正確;
故選:B.
8.(3分)(2022秋·黑龍江大慶·高二期中)如圖,四邊形ABCD是邊長為1的正方形,MD⊥ABCD,NB⊥ABCD.且MD=NB=1.則下列結(jié)論中:
①MC⊥AN
②DB∥平面AMN
③平面CMN⊥平面AMN
④平面DCM∥平面ABN
所有假命題的個數(shù)是( )
A.0B.1C.2D.3
【解題思路】由題可知該幾何體的頂點均在邊長為1的正方體的頂點上,再根據(jù)線面平行與垂直以及面面垂直平行的判定逐個判斷即可.
【解答過程】由題畫出該幾何體外接的正方體.
對①,因為MC//EB,AN⊥EB,故MC⊥AN成立.故①正確.
對②,因為DB//MN,MN?平面AMN,故DB∥平面AMN成立.故②正確.
對③,連接AC易得A-MNC為正四面體.故平面CMN⊥平面AMN不成立.故③錯誤.
對④,正方體中平面DCM與平面ABN分別為前后兩面,故④正確.
故選:B.
二.多選題(共4小題,滿分16分,每小題4分)
9.(4分)(2022春·廣西桂林·高一期末)如圖所示,已知在正方體ABCD-A1B1C1D1中,l?平面A1B1C1D1,且l與B1C1不平行,則下列能成立的是( )
A.l與AD平行
B.l與AB異面
C.l與CD所成的角為30°
D.l與BD垂直
【解題思路】依次分析每個選項,假設l∥AD,得出矛盾,A錯誤;取l為A1C1所在直線,滿足BD;取l與C1D1成30°角,C成立,即可得到答案.
【解答過程】假設l∥AD,則由AD∥BC∥B1C1可得l∥B1C1,與“l(fā)與B1C1不平行”矛盾,所以l與AD平行,A錯誤;
取l為A1C1所在直線,滿足B,又因為l⊥B1D1,B1D1∥BD,所以l⊥BD,D正確;
取l與C1D1成30°角,因為C1D1∥CD,所以此時l與CD所成的角為30°,C正確;
故選:BCD.
10.(4分)(2022秋·山東東營·高二階段練習)如圖,在正方體ABCD-A1B1C1D1中,P,Q分別是棱AA1,CC1的中點,平面DPQ∩平面A1B1C1D1=l,則下列結(jié)論中不正確的有( )
A.l過點B1
B.l不一定過點B1
C.DP的延長線與D1A1的延長線的交點不在l上
D.DQ的延長線與D1C1的延長線的交點在l上
【解題思路】連接PB1、DB1,在正方體中可得四邊形DPB1Q是平行四邊形,由點共面得點共線可判斷A B;DP的延長線與D1A1的延長線的交點F,DQ的延長線與D1C1的延長線交點E,
由點共面得點共線可判斷CD.
【解答過程】連接PB1、QB1,在正方體ABCD-A1B1C1D1中,取BB1的中點N,
連接CN,則DP//CN//QB1,DP=CN=QB1,
所以四邊形DPB1Q是平行四邊形,B1∈平面DPB1Q,B1∈平面A1B1C1D1,
所以B1∈l,故A正確,B錯誤;
如圖DP的延長線與D1A1的延長線的交點F,DQ的延長線與D1C1的延長線交點E,
因為DF?平面DPB1Q,所以F∈平面DPB1Q,
因為D1A1?平面A1B1C1D1,所以F∈平面A1B1C1D1,所以F∈l,
因為DQ?平面DPB1Q,所以E∈平面DPB1Q,
因為D1C1?平面A1B1C1D1,所以E∈平面A1B1C1D1,所以E∈l,
故C錯誤,D正確.
故選:BC.
11.(4分)(2023秋·浙江寧波·高三期末)設a,β是兩個不同的平面,m,n是兩條不同的直線,( )
A.若m⊥α,n⊥α,則m∥n
B.若m?α,n?α,m∥β,n∥β,則α∥β
C.若α∥β,m?α,n⊥β,則m⊥n
D.若α⊥β,m⊥β,m?α,則m∥α
【解題思路】垂直于同一平面的兩條直線平行,A正確;當m∥n時結(jié)論未必成立,B錯誤;證明CD正確,得到答案.
【解答過程】對選項A:垂直于同一平面的兩條直線平行,正確;
對選項B:當m∥n時結(jié)論未必成立,錯誤;
對選項C:α∥β,n⊥β,故n⊥α,又m?α,故m⊥n,正確;
對選項D:α⊥β,m⊥β,則m∥α或m?α,排除m?α,則m∥α,正確.
故選:ACD.
12.(4分)(2023秋·遼寧葫蘆島·高三期末)如圖,正方體ABCD-A1B1C1D1中,其棱長為3.M,N分別為棱A1B1,BB1的中點,過D,M,N三點作該正方體的截面,截面是一個多邊形α.則( )
A.截面α和面ABCD的交線與截面α和面ADD1A1的交線等長
B.截面α是一個五邊形.
C.截面α是一個梯形.
D.截面α在頂點D處的內(nèi)角的余弦值為413
【解題思路】做出截面α,依次判斷選項即可.
【解答過程】延長C1C至C2,使CC2=CC1;延長C1D1至D2,使C1D1=D1D2;
連接C2D,DD2,因CD=CC2,CD⊥CC2,則△CDC2為等腰直角三角形,
同理可得△D2D1D為等腰直角三角形,又∠D2DD1+∠D1DC+∠C2DC1=180,
則C2,D,D2三點共線.連接CD1,BA1.因C,D1分別為C1C2,C1D2中點,則C2D2∥CD1.又CB∥A1D1,CB=A1D1,則四邊形CBA1D1為平行四邊形,得
CD1∥BA1.又M,N分別是B1A1,B1B中點,則MN∥BA1.
故C2D2∥CD1∥BA1,BA1∥MN,則C2D2∥MN,
則M,N,C2,D,D2五點共面.設這五點所在平面為β.
C2∈C1C2,N∈BB1,C1C2?平面BB1C1C,BB1?平面BB1C1C,
則C2N?平面BB1C1C,連接C2N交BC于E.
因∠BEN=∠CEC2,∠NBE=∠C2CE,則△BEN~△CEC2,得BEEC=BNCC2=12.
同理,可得D2M?平面A1B1C1D1,連接D2M交A1D1于F,則A1FFD1=A1MD1D2=12.
又F∈D2M,D2M?β,E∈C2N,C2N?β,
則E∈β,F(xiàn)∈β.即M,N,E,D,F(xiàn)五點共面.
順次連接DF,F(xiàn)M,MN,NE,ED,得截面α為五邊形DFMNE.
對于A,如圖可知,截面α和面ABCD的交線為DE,截面α和面ADD1A1的交線為DF,
又幾何體棱長為3,BEEC=12,A1FFD1=12,
則DF=DD12+D1F2=32+22=13,
DE=DC2+CE2=32+22=13,故DF=DE,則A正確;
對于BC選項,由圖可知B正確,C錯誤;
對于D選項,由圖可知截面α在頂點D處的內(nèi)角為∠FDE,連接EF,
因BE∥A1F,BE=A1F=1,則四邊形BEFA1為平行四邊形,得EF=BA1=32.
又由A選項分析可知,DE=13,DF=13,則在三角形DEF中由余弦定理有
cs∠FDE=DE2+DF2-EF22?DE?DF=26-1826=413,則D正確.
故選:ABD.
三.填空題(共4小題,滿分16分,每小題4分)
13.(4分)(2022秋·上海靜安·高二期中)點A∈平面α,點A∈平面β,平面α∩平面β=直線l,則點A ∈ 直線l(用集合符號表示).
【解題思路】由題意點A∈平面α∩β,又平面α∩平面β=直線l,分析即得解.
【解答過程】由題意,點A∈平面α,點A∈平面β,
故點A∈平面α∩β,
又平面α∩平β=直線l,
故點A∈直線l.
故答案為:∈.
14.(4分)(2022·高二課時練習)下列命題中,所有正確命題的序號是 ①③④ .
①兩個相交平面把空間分成4部分.
②有兩個角是直角的四邊形是平面圖形.
③若兩個平面有一個公共點,則它們有無數(shù)個公共點.
④如果分別在兩個不同平面上的兩條直線有交點,那么交點在兩平面的交線上.
【解題思路】根據(jù)平面的性質(zhì)依次判斷選項即可。
【解答過程】對①,兩個相交平面把空間分成4部分,故①正確;
對②,如圖所示:
∠ABC=∠ASC=90°,滿足題意,此時為立體圖形,故②錯誤;
對③,若兩個平面有一個公共點,則它們有無數(shù)個公共點,在兩個平面的交線上,
故③正確;
對④,如果分別在兩個不同平面上的兩條直線有交點,此時交點為兩個平面的公共點,
必在兩個平面的交線上,故④正確;
故答案為:①③④.
15.(4分)(2023秋·廣東廣州·高二期末)如圖,在棱長為2的正四面體(四個面都是正三角形)ABCD中,M、N分別是AD、BC的中點,則異面直線AN,CM所成角的余弦值為 23 .
【解題思路】作出異面直線所成的角,在三角形中由余弦定理求解.
【解答過程】如圖,連接DN,取DN中點G,連接MG,又M是AD中點,則MG//AN,
所以異面直線AN,CM所成角是∠CMG或其補角,
由已知AN=CM=3,MG=12AN=32,
NG=12DN=32,又DN⊥BC,CG=NG2+NC2=(32)2+12=72,
△MCG中,cs∠CMG=34+3-742×32×3=23,
∴異面直線AN,CM所成角的余弦值為23.
故答案為:23.
16.(4分)(2023·高三課時練習)如圖,ABCD-A1B1C1D1是長方體,O是B1D1的中點,直線A1C交平面AB1D1于點M,則下列結(jié)論正確的是 ①②③ .(填寫所有符合要求的結(jié)論序號)
①A,M,O三點共線; ②A,M,O,A1四點共面;
③A,O,C,M四點共面; ④B,B1,O,M四點共面.
【解題思路】對于①,利用公理3,證明A,M,O為兩個平面的公共部分即可;
對于②,③,利用“直線和直線外一點確定一個平面”判斷;
對于④,根據(jù)異面直線的定義,判定直線BB1,直線OM為異面直線后可知其錯誤.
【解答過程】對于①,兩條平行線確定一個平面,即A,C,C1,A1共面,顯然平面AB1D1∩平面ACC1A1=A,結(jié)合公理三:兩個不重合的平面有一個公共點,那么它們有且只有一條過該點的公共直線,設平面AB1D1,平面ACC1A1的交線為l,注意到O是B1D1的中點,矩形對角線互相平分,故O也是A1C1的中點,即O∈A1C1,A1C1?平面ACC1A1,故O∈平面ACC1A1,又O∈B1D1,B1D1?平面AB1D1,故O∈平面AB1D1,即O∈l;由M∈A1C,A1C?平面ACC1A1,即M∈平面ACC1A1,由題干直接可知,M∈平面AB1D1,故M∈l,故A,M,O三點共線;
對于②,由直線和直線外一點可確定一個平面,結(jié)合①正確可知,故A,M,O確定的直線和A1共面,故②正確;
對于③,類似②,A,M,O確定的直線和C共面,故③正確;
對于④,BB1?平面AB1D1,OM?平面AB1D1,BB1∩平面AB1D1=B1,且B1?OM,根據(jù)異面直線的定義,直線BB1,直線OM為異面直線,故B,B1,O,M不可能四點共面,故④錯誤.
故答案為:①②③.
四.解答題(共6小題,滿分44分)
17.(6分)(2022·高二課時練習)將下列符號語言轉(zhuǎn)化為圖形語言.
(1)a?α,b∩α=A,A?a.
(2)α∩β=c,a?α,b?β,a∥c,b∩c=P.
【解題思路】在集合中,點為元素,直線和平面為集合,根據(jù)題意,正確用集合中的符合即可.
【解答過程】(1)
(2)
18.(6分)(2022·全國·高三專題練習)三個平面分空間有幾種情況?并說明每種情況下能將空間分成幾部分.
【解題思路】按照平面的位置關系分類,即可得解.
【解答過程】三個平面分空間有4種情況,
若三個平面均平行,則將空間分成4部分;
若三個平面交于一條線,則將空間分成6部分;
若三個平面兩兩相交,且交線不平行時,則將空間分成8部分;
若三個平面兩兩相交,且交線平行時,則將空間分成7部分.
19.(8分)(2022·上?!じ叨n}練習)如圖,已知a?α,b?α,a∩b=A,P∈b,PQ∥a;求證:PQ?α.
【解題思路】由已知,根據(jù)PQ∥a,可確定PQ和a屬于平面β,再根據(jù)a?β,點P∈β且P∈b,b?α,得到P∈α,從而得到α與β重合,即可證明PQ?α.
【解答過程】證明:因為PQ∥a,所以PQ與a確定一個平面β,
所以直線a?β,點P∈β,
因為P∈b,b?α,所以P∈α,
又因為a?α,P?a,所以α與β重合,
所以PQ?α.
得證.
20.(8分)(2022秋·全國·高一專題練習)(1)平面α內(nèi)有無數(shù)條直線與平面β平行,問α∥β是否正確,為什么?
(2)平面α內(nèi)的所有直線與平面β都平行,問α∥β是否正確,為什么?
【解題思路】(1)舉反例說明命題是假命題,(2)根據(jù)面面平行定義判斷命題正確.
【解答過程】(1)不正確.
如圖所示,設α∩β=l,
則在平面α內(nèi)與l平行的直線可以有無數(shù)條:a1,a2,…,an,…,
它們是一組平行線,
這時a1,a2,…,an,…與平面β都平行(因為a1,a2,…,an,…與平面β無交點),
但此時α與β不平行,α∩β=l.
(2)正確.
平面α內(nèi)所有直線與平面β平行,則平面α與平面β無交點,符合平面與平面平行的定義.
21.(8分)(2023·高一課時練習)在正方體ABCD-A1B1C1D1中.
(1)AA1與CC1是否在同一平面內(nèi)?請說明理由;
(2)點B、C1、D是否在同一平面內(nèi)?請說明理由;
(3)畫出平面ACC1A1與平面BC1D的交線;畫出平面ACD1與平面BDC1的交線.
【解題思路】(1)由兩平行直線可確定一平面,可得答案;
(2)由不共線三點可確定一平面,可得答案;
(3)如圖,找到兩平面的公共點,公共點連線為平面交線.
【解答過程】(1)是,平行直線確定一平面;
(2)是,不在同一直線上三點確定一平面
(3)如圖,設BD∩AC=O,又C1∈平面ACC1A1,
C1∈平面BC1D,O∈平面ACC1A1,O∈平面BC1D,則C1O?平面BC1D,
C1O?平面ACC1A1,故平面ACC1A1與平面BC1D的交線為C1O;
如圖,設CD1∩C1D=O1,AC∩BD=O2.
因O1∈平面ACD1,O1∈平面BDC1,O2∈平面ACD1,O2∈平面BDC1,
則O1O2?平面ACD1,O1O2?平面BDC1.故平面ACD1與平面BDC1的交線為O1O2.
22.(8分)(2023·高一單元測試)如圖所示,在四面體ABCD中,E、F分別是線段AD、BC上的點,AEED=BFFC=12.
(1)求證:直線EF與BD是異面直線;
(2)若AB=CD=3,EF=7,求AB、CD所成角的大?。?br>【解題思路】(1)G為DC上靠近D的三等分點,易證F,G,B,D四點共面FGDB(面FDB),結(jié)合異面直線的定義判斷EF與BD是否異面;
(2)H,I分別為AC,BD靠近A,B的三等分點,易知AB、CD所成角為∠IFH或其補角,進而求其大小.
【解答過程】(1)若G為DC上靠近D的三等分點,則DGGC=BFFC=12,故FG//BD,
所以F,G,B,D四點共面FGDB,顯然F,B,D不共線,故面FDB與面FGDB為同一個平面,
而E?面FDB,F(xiàn)∈面FDB,即EF∩面FDB=F,BD?面FDB,F(xiàn)?BD,
所以直線EF與BD是異面直線;
(2)若H,I分別為AC,BD靠近A,B的三等分點,則BIID=AHHC=BFFC=AEED=12,
所以EI//AB//FH,F(xiàn)I//DC//HE,故IFHE為平行四邊形,且AB、CD所成角為∠IFH或其補角,
又HE=13CD=1,F(xiàn)H=23AB=2,則cs∠IFH=cs(π-∠EHF)=-cs∠EHF=-HE2+FH2-EF22HE?FH=-12,
由∠IFH∈(0,180°),故∠IFH=120°,則AB、CD所成角為60°.
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