(完整)2019-2020年高考数学大题专题练习——立体几何(三)

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2020年08月16日 04:51
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2019-2020年高考数学大题专题练习——立体几何(三)

53.如 图,在四棱锥E﹣ABCD中,平面CDE⊥平面ABCD
,
∠DAB=∠ABC=90°,< br>AB=BC=1,AD=ED=3,EC=2.
(
1
)证明:
AB⊥
平面
BCE
;
(
2
)求直线
AE
与平面
CDE
所成角的正弦值.








54.
如图
1
,
2
,已知
ABCD
是矩形,< br>M
,
N
分别为边
AD
,
BC
的中点,
MN
与
AC
交于点
O
,沿
MN
将矩形
M NCD
折起,设
AB=2
,
BC=4
,二面角
B
﹣
MN
﹣
C
的大小为
θ
.

(
1< br>)当
θ=90°
时,求
cos∠AOC
的值;

(< br>2
)点
θ=60°
时,点
P
是线段
MD
上一 点,直线
AP
与平面
AOC
所成角为
α
.若
sin α=
14
,求线段
MP
的长.

7









1

< br>55.在四棱锥P﹣ABCD中,PA⊥平面ABCD,底面ABCD为直角梯形,
∠CDA=∠ BAD=90°,AD=DC=
2
,AB=PA=2
2
,且E为线段PB上的 一动点.
(
1
)若
E
为线段
PB
的中点,求证:
CE∥
平面
PAD
;

(
2
)当直线CE
与平面
PAC
所成角小于
的取值范围.












56.如图,在几何体
ABCA
1
B
1
C
1中,平面
A
1
ACC
1

底面
ABC
,四边形
A
1
ACC
1
是正方
形,
B
1< br>C
1
∥BC
,
Q
是
A
1
B
的中点,且
ACBC2B
1
C
1
,
ACB
(Ⅰ) 证明:
B
1
Q∥
平面
A
1
ACC
1
;
(Ⅱ) 求直线
AB
与平面
A
1
BB
1
所成角的正弦值.















,求
PE
长度
3
2π
.
3
2


57.如图,已知
VABC
和
VBCD
所在平面 互相垂直,且
BACBCD90
,
0
ABAC,
CBC D
,点
E,F
分别在线段
BD,CD
上,沿直线
EF
将
VEFD
向上翻折使
得
D
与
A
重合
(Ⅰ)求证:
ABCF
;
(Ⅱ)求直线
AE
与平面
ABC
所成角。












58.如图,四边形
ABCD
是圆台
OO
1
的轴截面,AB2CD4
,点
M
在底面圆周上,且
AOM

2
,
DMAC
.
(Ⅰ)求圆台
OO
1
的体积;
(Ⅱ)求二面角
ADMO
的平面角的余弦值.









3


59 .如图,已知菱形
ABCD
与等腰
PAB
所在平面相互垂直.
P ABBAD120
.
E
为
o
PB中点 .
(Ⅰ)求证:
PD
平面ACE;
(Ⅱ)求二面角
BCED
的余弦值












60.如图, 在四面体
ABCD
中,平面
ACD
⊥平面
BCD
,
BCA90
,
AB2
,
BCD
为等边三角形.
(Ⅰ)求证:
AC
⊥平面
BCD

(Ⅱ)求直线
CD
与平面
ABD
所成角的正弦值.












4
AC1
,


61.已知:平行四边形AB CD中,∠DAB=45°,AB=
2
AD=2
2
,平面AED⊥平面
ABCD,△AED为等边三角形,EF∥AB,EF=
2
,M为线段BC的中点。
(I)求证:直线MF∥平面BED;
(II)求平面BED与平面FBC所成角的正弦值;
(III)求直线BF与平面BED所成角的正弦值。












62.如图, 在四棱锥
PABCD
中,
PA
平面
ABCD
,底面ABCD
是菱形,
AB2
,
∠BAD60
.
( 1)若
PAAB
,求
PB
与
AC
所成角的余弦值; (2)当平面
PBC
与平面
PDC
垂直时,求
PA
的长 .












5



63.在如图所示的几何体 中,四边形
ABCD
为正方形,
PA
平面
ABCD
,PAPBE
,
ABPA4
,
BE2
.
(Ⅰ)求证:
CE
平面
PAD
;
(Ⅱ)求
PD
与平面
PCE
所成角的正弦值;
(Ⅲ)在棱
AB
上是否存在一点
F
,使得平面
DEF
平面
P CE
?如果存在,求











AF
的值;如果不存在,说明理由.
A B
64.如图,在四棱锥
PABCD
中,
ABAP
,
A B
∥
CD
,且
PBBC
BD6
,
CD2A B22
,
PAD120
o
.
(Ⅰ)求证:平面
PAD
⊥平面
PCD
;
(Ⅱ)求直线
PD
与平面
PBC
所成角的正弦值.








6

< br>65.如图,四面体
ABCD
中,
ABBCCD
31
B DAD1
,平面
ABD
平面
32
CBD
.
(1)求
AC
的长;
(2)点
E
是线段
AD的中点,求直线
BE
与平面
ACD
所
成角的正弦值.












66.在四棱锥
PABCD
中,
ADBC
,
ABCAPB90
,点
M
是线段
AB
上的
一点, 且
PMCD
,
ABBC2PB2AD4BM
.
(1)证明:面
PAB
面
ABCD
;
(2)求直线
CM
与平面
PCD
所成角的正弦值.













7



67.如图,四棱锥
PAB CD
,底面
ABCD
为菱形,
PA
平面
ABCD
,
PAPB2
,
E
为
CD
的中点,
ABC 60
.
(I)求证:直线
AE
平面
PAB
;
(II)求直线
AE
与平面
PCD
所成角的正弦值.











68.如图,四棱锥
EABCD
中,平面
EAD
平面
A BCD
,
DC∥AB
,
BCCD
,
EAED
, 且
AB4
,
BCCDEAED2
.
(1)求证:
BD
平面
ADE
;
(2)求
BE
和平面
CDE
所成角的正弦值;
(3)在线 段
CE
上是否存在一点
F
使得平面
BDF
平面
C DE
,请说明理由.











8




69 .如图,在空间几何体ABCDFE中,底面
ABCD
是边
2的正方形,
AF AB
,
AFBE
,
BE2AF2
.
(1)求证:AC平面DEF;
(2)已知
DF5
,若在平面
D EF
上存在点
P
,使得
长为
BP
平面
DEF,试确定点
P
的位置.













70.如图,在四棱锥< br>PABCD
中,
PBD
是等边三角形,
AD∥BC
,APABAD
2
BD
.
2
(1)求证:平面
PAB
平面
PAD
;
(2 )若直线
PB
与
CD
所成角的大小为60°,求二面角
BPCD
的大小.












9



71.如图,在 四棱锥
PABCD
中,四边形
ABCD
为梯形,
ABCD
,
ADCDBC
1
AB
,
PAD
为等边三角形,< br>PABD
.
2
(1)求证:平面
PAD
平面
ABCD
;
(2)求二面角
APBC
大小的余弦值.











72.在正三 棱柱
ABCA
1
B
1
C
1
中,已知
AB 1
,
AA
1
2
,
E
,
F
,
G
分别是
AA
1
,
AC
和
uuuruuu ruuur
{FA,FB,FG}
为正交基底,建立如图
A
1
C1
的中点.以所示的
空间直角坐标系
Fxyz
.
⑴求异面直线
AC
与
BE
所成角的余弦值;
⑵求二面角
FBC
1
C
的余弦值.















10




73.如图,在四棱锥P-ABCD中,平面PAD⊥平面ABCD,
PA⊥PD,PA=PD ,AB⊥AD,AB=1,AD=2,
AC=CD=
5
.
(
1
)求证:
PD⊥
平面
PAB
.
(
2
)求直线
PB
与平面
PCD
所成角的正弦值.
(
3
)在棱
PA
上是否存在点
M
,使得BM∥
平面
PCD
?若存
在,求










74.如图,已知梯形A BCD中,AD∥BC,AD⊥AB,
AB=BC=2AD=2,四边形EDCF为矩形, CD=
3
,平面
EDCF⊥平面ABCD.
(
1
)求证:
DF∥
平面
ABE
.
(
2
)求平面
ABE
与平面
EFB
所成锐二面角的余弦 值.

(3)在线段DF上是否存在点P,使得直线BP与平面ABE所成角的正弦值为
在,求出线段BP的长.








P
DA
B
C
AM
的值;若不存在,说明理由.
< br>AP
F
E
D
A
B
3
,若存
4
C
11






75.在四棱锥PABCD
中,底面
ABCD
是矩形,
PA
平面
A BCD
,
PAD
是等腰三角形,
AB2AD
,
E
是
AB
的一个三等分点(靠近点
A
),
CE
与
D A
的延长线
交于点
F
,连接
PF
.
(Ⅰ)求证:平面
PCD
平面
PAD
;
(Ⅱ)求二面角
APEF
的正切值










76.在等腰梯形
ABCD
中,
ADBC,BC2AD,ABC60
,将梯形
ABCD
沿 着
AB
翻折至
ABC
1
D
1
(如图),使得平面< br>ABCD
与平面
ABC
1
D
1
垂直.
o

(Ⅰ)求证:
BC
1
AC
;
(Ⅱ )求直线
DD
1
与平面
BCD
1
所成角的正弦值.






12







77.已知在四棱锥
CABDE
中,< br>DB
平面
A
E
M
51015
D
B
C
ABC
,
AEDB
,
△ABC
是边长为
2
的等边三角形,
AE1
,
M
为
AB
的中点.
(1)求证:
CMEM
;
(2)若直线
DM
与平面ABC
所成角的正切值为
2
,求二面角
BCDE
的大小.










78.如图,四棱锥
PABCD
的底面
ABCD
为菱形,
P
A
M
Q
B
C
D
ABC60
,侧面
PAB
是边长为
2
的正三角形,侧
面
PAB
底面
ABCD
.
(
1
)设
AB
的中点为
Q< br>,求证:
PQ
平面
ABCD
.

(
2)求斜线
PD
与平面
ABCD
所成角的正弦值.

(< br>3
)在侧棱
PC
上存在一点
M
,使得二面角
MBD C
的大小为
60
,求
CM
的值.

CP
13


试卷答案


53.证明:(1)∵∠DAB=∠ABC=90°,
∴
四边形
ABCD
是直角梯形,

∵AB=BC=1
,
AD=ED=3
,
EC=2
.

∴CD==
,

∴CE
2
+DC
2
=DE
2
,
∴EC⊥CD
,

∵
面
EDC⊥面
ABCD
,面
EDC∩
面
ABCD=DC
,

∴CE⊥
面
ABCD
,

∴CE⊥AB
,又
AB⊥BC
,
BC∩CE=C
,

∴AB⊥
面
BCE
.

解:(
2
)过A
作
AH⊥DC
,交
DC
于
H
,

则
AH⊥
平面
DCE
,连结
EH
,
则
∠AEH
是直线
AE
与平面
DCE
所成的平面角,< br>
∵=
,

∴AH==
,

AE=
∴sin∠AEH=
,

=
,

∴
直线
AE
与平面
CDE
所成角的正弦值为.






14


54.解:如图,设E为AB的中点,建立如图所示的空间直角坐标系.
(< br>1
)当
θ=90°
时,
A
(
2
,﹣
1
,
0
),
C
(
0
,
1
,
2
),
∴
,
∴
(
2
)由
θ=60°得
∴
设
∴
设平面
AOC
的法向量为
∵
,,
∴
,

,则
,

,

,取,

,

,
.

,
M
(
0
,﹣
1
,
0
),

,
由题 意,得
∴
在线段
MD
上存在点
P
,且
,即
3λ
2
﹣
10λ+3=0
,
∴
.

或
λ=3
(舍去),





55.证明:(1)取PA的中点F,连结EF,DF,
则
EF∥AB
,
EF=AB
,

又
DC∥AB
,
DC=AB
,

∴EF∥CD
,
EF=DC
,

∴
四边形
EFDC
是平行四边形,

∴CE∥DF
,又
CE⊄
平面
PAD
,
DF⊂
平面
PAD
,

∴CE∥
平面
PAD
.

解:(
2
)
∵AD=CD=
又
AB=2
,
AD⊥CD
,∴AC=2
,

,
∠BAC=45°
,
∴BC=2
,

∴AC⊥BC
,

又
PA⊥
平面
ABCD
,
BC⊂
平面
ABCD
,

15


∴PA⊥BC
,又
PA∩AC=A
,

∴BC⊥
平面
PAC
,

过
E
作
EM∥BC
,则
EM⊥
平面
PAC
,

∴∠PCE
为
CE
与平面
PAC
所成的角,即
∠PCE
<∵PA=2
∴∠BPC=
∴
当
∠PCE=
∴
当
∠PCE
,
AC=2
,
∴PC=2
,

时,
CE⊥PB
,此时
PE=3
,

时,
PE
<
3
.

,
BC=2
,
PB=4
,

.





56.(Ⅰ) 证明:如图1所示,连接
AC
1,A
1
C
交于
M
点,连接
MQ
.
因为 四边形
A
1
ACC
1
是正方形,
所以
M
是
AC
1
的中点
又已知
Q
是
A
1
B
的中点
所以
MQ ∥BC

又因为
B
1< br>C
1
∥BC
且
BC=2B
1
C
1

所以
MQ ∥B
1
C
1
,
即四边形
B
1
C
1
MQ
是平行四边形
所以
B
1
Q∥C
1
M
,
因此
B
1
Q∥
平面
A
1
ACC
1.…………………………………………………7分

1
2
16



(Ⅱ) 如图2所示,过点
B
作面
A
1
B
1
B
与 面
ABC
的交线
BD
,交直线
CA
于
D
.

过
A
作线
BD
的垂线
AH
,垂足为H
.再过
A
作线
A
1
H
的垂线
AG< br>,垂足为
G
.
因为
AHBD,AA
1
BD
,
所以
BD
面
A
1
AH
,
所以
BD
AG
,又因为
A
1
HAG
,
所以
AG

面
A
1
B
1
B
,所以
ABG
即
AB
与面
A
1
B
1< br>B
所成的角.………………10分
因为
A
1
B
1< br>∥面
ABC
,所以
A
1
B
1
∥
BD
,
且
A
为
CD
的中点,
如图3所示,
CP
为
BD
边上的高,
17



AB=2
2
+2
2
+22=23
,
BD=2
2
+4
2
+24=27
,
因为
11
CBCDsin120
0
BDCP

22
CP3
23

,所以
AH=

27< br>7
所以
CP
因为
AA
1
2
,所以
A
1
H2
2

331

,
77AG
AHAA
1

A
1
H
2
3
7

23

3131
7
23
31

1

31
………………………………………15分 所以
sinABG
2331
31

57.

18




面ABC面BCD=BC

FC面 ABCABCF
.............5分 (1)
BCD90
0CFBC


面ABC面BCD

(2)设
ABAC1,则BC=2,CD2,BD2
,
设BEt,则ED=EA=2-t,

取
BC的中点H,连接HE,AH
,
又
EBH45,则HEtt
022
1

2
面ABC面BCD


面ABC面BCD=BC

AH面 BCD
(3).............7分

AHBC

又 AH面BCD,AE
2
AH
2
EH
2
,
点 E是BD的中点
,...........10分
1
2
1
2


2-t

tt,t1
22
HEPBC, HE面ABC
BEA
为所求角的线面角
...........12分
AE1,AH
22
,EH
...........14分
22
sinBEA
2

2
所以直线
AE
与平面
ABC
所成角为


4
..............................15分
2

2
法2:
V
ABCE
V
EBCA
,E到面ABC的距离为
sin


58.

2

所以直线
AE
与平面
ABC
所成角为
2
4
(酌情给分)
19


解法一:(Ⅰ)由已知可得: OM

平面AOD.又AC

DM.从而有AC

DO
由平面几何性质可得AC

CB -----4
设OO
1
=h ,在直角△ABC中,有AC
2
+BC
2
=AB
2

即 (9+h
2
)+(1+h
2
)=16

h3



圆台
OO
1的体积
V
173


h(r
1
2
 r
1
r
2
r
2
2
)
. -----7
33
(Ⅱ)过点O在△DOM内作OE

DM,作OH

平面DAM,垂足分别为E,H,连EH.
易得EH

DM,故∠OEH就是二面角
ADMO
的平面角. ----10
在△DOM中,OE=
2

由V
D-AOM
=V
O-ADM
得 OH=
221
-----13
7
在直角△OEH中,
sinOEH
6

7
7
---15
7
则二面角
ADMO
的余弦值为
解法二:(Ⅰ)由题意可得OO
1
、
OM
、
OB
两两互相垂直,
以O
为原点,分别以直线
OM
、
OB
、
OO
1< br>为
x
、
y
、
z
轴建立空间直角坐标系 -----2
设
OO
1
h(h0)
,则
D(0,1 ,h)
,
M(2,0,0),A(0,2,0)
,
C(0,1,h)

uuuuruuur
DM(2,1,h)
,
AC(0,3,h)

uuuuruuur
QDMAC

DMAC3h
2
0

解得
h3
-----5

圆台
OO
1
的体积
V
173< br>

h(r
1
2
r
1
r
2
r
2
2
)
. -----7
33
uuuuruuuuruuuur
(Ⅱ)
AM(2,2,0)
,
DM(2,1,3)
,
OM(2,0,0)
-----9
设平面
ADM
、平面
ODM
的法向量分别为
rr
u(x
1
,y
1
,z
1
)
,v(x
2
,y
2
,z
2
)

ruu uurruuuur

2x
2
y
2
3z
20

uAM0

vDM0

2x
1
2y
1
0


则

ruuuu< br> 且 即 且


rruuuur
2x0



uDM0

vOM0

2x< br>1
y
1
3z
1
0

2
rr< br>取
u(3,3,1)

v(0,3,1)
-----13
20


rr
rr
uv7


cosu,v
rr

.
7
|u||v|
则二面角
ADMO
的余弦值为
59.

证:(I). 连结BD,设BD交AC于M点,连结ME………………………….2分
在平行四边形ABCD中,AC,BD相互平分,即DM=BM,
又PE=BE
7
---15
7

在
BDP
中,
EMPD

QPD面AEC,ME面AEC


EMPD
………………………….6分

解:(II).

过D作DO垂直BA延长线与O点,连结PO,易得DO,PO,BO两两垂直
建立如图坐标系,设AB=2,则
B(0,3,0),C(0,2,3),P(3,0,0),D(0,0,3)

E(
33
,,0)

22
uuuruuuruuuruu ur
3333
BC(0,1,3),BE(,,0),DC(0,2,0),DE (,,3)

2222
21


………………………….10分(注:每对一个给1分)
urr
< br>设面BCE的一个法向量为
m(x
1
,y
1
,1)
,面DCE的一个法向量
n(x
2
,y
2
,1)
,则 < br>ruuur
uruuur

mBCy
1
30

nDCy
2
0

,

r
ru uur

u

ruuu
33
33
x
2y
2
30
x
1
y
1
0
< br>nDE

mBE
22
22
urr
m (3,3,1),n(2,0,1)
……………………………….12分(注:每对一个给1分) < br>urr
urr
mn7765
cosm,n
u
…………………………14分
rr

65
65
mn

二面角
BCED
的余弦值为

60.

证 :(1)取
CD
中点
M
,连结
BM
,
QBCD< br>为等边三角形.
765
………………………….15分
65
BM
⊥
CD
, ……(2分)
又
Q
平面
ACD
⊥平面
BCD
,平面
ACD
I平面
BCD
=
CD
,
BM
平面
BCD,
BM
⊥平面
ACD
,
BM
⊥
AC
,……(5分)
又
BC
⊥
AC
,
AC
⊥平面
BCD
……(7分)
(2)法一:设点C到平面
ABD
的距离为d, 由
V
C-ABD
V
A-BCD
, ……(10分)
即

3
111313
3d  31
,得
d
……(13分)
32234
13
3
d39

13

设直线
CD
与平面
ABD
所成角为

,则
sin
……(15分)
CD13
3
法二:取
BD
中点
N
,连
NC
,则
AN
⊥
BD
,
CN
⊥
BD
,
BD
⊥平面
ANC
,

平
面
ANC⊥平面
ABD
,又平面
ANC
I
平面
ABD
=
AN
,过点C作
CG
⊥
AN
,垂足为
G,则
CG
⊥平面
ABD
,所以
CDG
就是所求角. ……(10分)
在
RtANC
中,算得
CG
3
, … …(13分)所以
13
3
CG39
sinCDG
13

……(15分)
CD13
3
法三:如图建立空间直角坐标系
Cxyz
,
22



则
A(1,0,0),B(0,3,0),D(0,
33
,)

22
uuur
33
,)
……(10分) 所以
CD(0,
22

uuuruuur
33
AB(1,3,0),AD(1,,)

22
r
设
n(x,y,z)是平面ABD的一个法向量


x3y0
r

所以

取
y3,则n( 3,3,1)
……(13分)
33
yz0

x 
22

33
uuurr
+
|CDn|
22=
39
……(15分)
rur

设直线
CD
与平面
ABD
所成角为

,则
sin
uuu
|CD||n|
133
13
61.

(I)证明:在△ADB中,∵

DAB=45° AB=
2
AD=2
2
,∴AD⊥BD
取AD中点O,AB中点N,连接ON,则ON∥BD,
∴AD⊥ON又∵平面AED⊥平面ABCD,平面AED∩平面ABCD=AD,AD⊥OE,
∴EO⊥平面ABCD,
∴以O为原点,OA,ON,OE分别为x轴,y轴,z轴,建立空 间直角坐标系,如图取BD
的中点H,连接FH,OH,则OH∥AB∥EF,且OH=EF,
∴FH∥EO,
∴FH⊥平面ABCD,
23


∴D(-1,0,0) B(-1,2,0) H(-1,1,
3
) F(-1,1,
3
) C(-3,2,0) M(-2,2,0),
∴
DB
=(0,2,0)
DE
=(1,0,
3
)
MF
=(1,-1,
3
),

DB n0
< br>y0
设平面AED的一个法向量为
n
(x,y,z),则

∴


x3z0

DEn0

不妨设
n
=(
3
,0,-1)
∴
MF
⊥
n
,
又∵MF

平面AED
∴直线MF∥平面AED
(II)解:∵
BC
=(-2,0,0),
BF
=(0,-1,
3
) 设平面FBC的一个法向量为
m
(x,y,z),则

不妨设
n
=(0,
3
,1)
设平面BED与平面FBC所成的角为


则丨cos

丨 =丨

BCm0

BFm0
∴

x0



y3z0
nm
15
1
丨=,∴si n



4
丨n丨丨m丨
4
15

4
∴平面BED与平面FBC所成角的正弦值为
(III)解:直线BF与平面BED所成角 为a,
则sina=丨cos<
BFn
>丨=丨
BFn
3
丨=。
4
丨BF丨丨n丨
3

4
∴直线BF与平面BDE所成角的正弦值为
62.

(1)因为四边形
ABCD
是菱形,所以
ACBD
.
又因为
PA
平面
ABCD
,所以
PABD
.
又
PAIACA
,所以
BD
平面
PAC
.
设
ACIBDO
.
因为
BAD60
,
PAPB2
,
所以
BO1
,
AOCO3
,
如图,以
O
为坐标原点,建立空间直角坐标系
Oxyz
.
uur
则
P0,3,2
,
A0,3,0
,
B

1,0,0

,
C0,3,0
,所以
PB1,3,2
,

24


uuur
AC0,23,0
.

uuruuu r
66
PBAC
设
PB
与
AC
所成角为

,则
cos


uuruuu
.

r

4
2223
PBAC
uuuruur
(2)由(1)知
BC1,3,0
,设
P0,3,t
(
t0
),则< br>BP1,3,t
,


uuururuurur< br>ur
设平面
PBC
的法向量
m

x,y,z

,则
BCm0
,
BPm0
,所以


x3y0
,



x3ytz0
ur

6

6
令
y3
,则
x3
,
z
,所以
m

3,3,

.
t

t

r

6

同理,平面
PD C
的法向量
n

3,3,

.
t
 
urr
36
因为平面
PBC
平面
PDC
,所以
mn0
,即
6
2
0
,解得
t6
.所以
t
PA6
.
63.

解:(Ⅰ)设
PA
中点为
G
,连结
EG,DG
,因为
PA

BE
,且
PA4,BE2
,所以
BE

AG
且
BEAG
,所以四边形
BEGA
为平行四边形,所以
EG

AB
,且
EGAB
.因为正方形
ABCD
,所以
CD

AB,CDAB
,所以
EG

CD
,且
EGCD
,所以四边形
CDGE
为平行四边形,所以
CE

DG
.因为
DG
平面
PAD
,
CE
平面PAD
,所以
CE
平面
PAD
(4分).
(Ⅱ)如图 ,建立空间坐标系,则
B

4,0,0

,
C
< br>4,4,0

,
E

4,0,2

,
P

0,0,4

,
25


D

0,4,0

,所以
PC
=(4,4,-4),
PE=(4,0,-2),
PD
=(0,4,-4).
设平面
PCE
的一个法向量为
m(x,y,z)
,所以
.

x1

令
x1
,则

y1
,所以
m(1,1,2)
.

z 2

设
PD
与平面
PCE
所成角为

,
则
.
所以
PD
与平面
PCE
所成角的正弦值是
3
(8分).
6


(Ⅲ)假设存在点
F

a,0,0

满足题意,则
FE(4a,0,2)
,
DE(4,4,2)
.
设平面
DEF
的一个法向量为
n(x,y,z)
,则
,

x2

a
a

令
x2
,则

y
,所以
n(2,,a4)
.
2
2



za4
26

< br>因为平面
DEF
平面
PCE
,所以
mn0
,即
2
所以
a
64.

a
2a80
,
2
12AF3

12

4
, 故存在点
F

,0,0

满足题意,且

(12分).
5
5AB5

(Ⅰ)证明:取
CD
中点为
E
,连接
BE
,因为
BCBD
,所以
BECD
,又
CD 2AB
,
AB
CD
,所以
AB

DE
,所 以四边形
ABED
为矩形,所以

ABAD
,
又
ABAP
,所以
AB
平面
PAD
. -------------------------------------------4分
又
ABCD
,所以
CD
平面
PAD
,
又
CD
平面
PCD
,所以平面
PAD
平面
PC D
.-------------------------------6分

P
F
G
A
B
C
E
D
第19题

(Ⅱ) 在
ABP
中,
AB
在
ABD
中,
AB
2
,
PB6
,
ABAP
,所以
AP2
;
2
,
BD6
,
ABAD
,所以< br>AD2
.
取
PD
和
PC
的中点分别为
F
和
G
,则
FG

CD
,

2又
AB

CD
,所以
AB

FG
,所以四 边形
AFGB
为平行四边形,

2

又
PAA D2
,
F
为
PD
的中点,所以
AFPD
, < br>所以
AF
平面
PCD
,所以
BG
平面
P CD
,所以平面
PBC
平面
PCD
,----------10< br>分
所以
PC
为
PD
在平面
PBC
上的射影 ,所以
DPC
为
PD
与平面
PBC
所成的角。----- 12
分
在
RtPDC
中,
CD22
,
PD 23
,所以
PC25
,
1
1
27


所以
sinDPC
CD2210
。

PC
25
5
10
-------------------------- ---- 15分
5
即直线
PD
与平面
PBC
所成角的正 弦值为
(用其它方法(如用空间向量法、等体积法等)解答,酌情给分!)
65.

(1)∵
AB1
,
BD3
,
AD2
,
∴
ABBD
,
又∵平面
ABD
平面
CBD< br>,平面
ABDI
平面
CBDBD
,
∴
AB
平面
CBD
,
∴
ABBC
,
∵
ABBC1
,
∴
AC2
.
(2)由( 1)可知
AB
平面
BCD
,过
B
作
BGCD< br>于点
G
,连接
AG
,则有
CD
平面
ABG
,
∴平面
AGD
平面
ABG
,
过
B
作
BHAG
于点
H
,则有
BH
平面
A GD
,连接
HE
,
则
BEH
为
BE
与平面
ACD
所成的角. 由
BCCD1
,
BD3
,得
BCD120
,∴
BG
又∵
AB1
,
∴
AG
3
,
2
7
1
,又∵
BEAD1
,
2
2
BH21

.
BE7
∴
sinBEH
28



66.

(1)由
AB2PB4BM
,得
PMAB
,
又因为
PMCD
,且
ABCD
,所以
PM
面
ABC D
,……5分
且
PM
面
PAB
.所以,面
PA B
面
ABCD
。……7分
(2)过点
M
作
MHCD
,连结
HP
,
因为
PMCD
,且
PMMHM
,
所以
CD 
平面
PMH
,又由
CD
平面
PCD
,
所以平面
PMH
平面
PCD
,平面
PMH
平面
PCDPH
,过点
M
作
MNPH
,
即有
MN 
平面
PCD
,所以
MCN
为直线
CM
与平面< br>PCD
所成角.……10分
在四棱锥
PABCD
中,设
A B2t
,则
CM
3
1575
t
,
MHt,
PM
t
,
2
210
∴
PH
73
45
t

t
,
MN
16
5
MN 75

,即直线
CM
与平面
PCD
所成角的正弦值为
CM40
从而
sinMCN
75
.……15分
40
29



67.

(I)证明:
QADEABC60
,
ED1,AD2,AECD

又
QABCD,AEAB

又
QPA
平面
ABCD
,
PAAE,PAABA


直线
AE
平面
PAB
.
(II) (方法一)连接
PE,
过
A
点作
AHPE
于
H< br>点.
QCDEA,CDPA,EAPAA
,
CD
平面
PAE
,

CDAH
.
又
QAHPE
,
AH
平面
PCD
.
所以
AEP
为直线
AE
与平面
PCD
所成的角.
在
RtPAE
中,
PA2,AE3
,
sinAE P
PA227


PE7
7

直线
A E
与平面
PCD
所成角的正弦值为
27

7
(方法二)如图建立所示的空间直角坐标系
Axyz
.
 
uuuruuuruuur
AE

0,3,0

,P C

1,3,2

,DC

2,0,0
< br>
设平面
PCD
的法向量
n

x,y,z

,
P

0,0,2

,E0,3,0,C1,3,0, D1,3,0
.

r
uuur
r


3

r


PCn0

x3y2z=0< br>

n

0,1,


r
r< br>
uuu

2

DCn0


2x=0


30


uuur
r
uu ur
r
27
AEn27
r
r
cosAE,nuuuu
.所以直线
AE
与平面
PCD
所成角的正弦值为
7
7
AEn

68.

(1)由
BCCD
,
BCCD2
,
可得
BD22
.
由
EAED
,且
EAED 2
,可得
AD22
.
又
AB4
.所以
BDAD
.
又平面
EAD
平面
ABCD
,
平面
ADEI
平面
ABCDAD
,
BD
平面
ABCD
,所以
BD
平面
ADE
.
(2)如图建立空间直角坐标系
Dxyz
,

则
D
0,0,0

,
B0,22,0
,
C2,2,0< br>,
E

uur
BE

uuur
2, 22,2
,
DE

2,0,

2,0,2
< br>,
uuur
2

,
DC

2,2,0

,

ruuurruuur
r
设
n

x,y,z

是平面
CDE
的一个法向量,则
nDE 0
,
nDC0
,

xz0,
即

.
xy0.

r
令
x1
,则
n

1,1,1

.
31


设直线
BE
与平面
CDE
所成 的角为

,
uurr
BEn
uurr
则
sin

cosBE,n
uurr

BEn
2222< br>233
2
.
3

2
.
3
所以
BE
和平面
CDE
所成的角的正弦值
uuuruur
(3) 设
CF

CE
,



0,1

.
uuuruuruuur
DC2,2,0
,
CE22, 2,2
,
DB0,22,0
.

uuuruuur uuuruuuruur
则
DFDCCFDC

CE
2< br>
2

1,

1,


.
ruurruuur
ur

设
m

x,y, z

是平面
BEF
一个法向量,则
nEB0
,
nEF0
,
即



y

0,
.


2

1

x


< br>

1

y



z

0
ur

2

1

令
x
1
,则
m

1,0,

.


urr
若平面
BEF
平面
CDE
,则mn0
,
即
1
2

1

1
0
,



0,1

.
3
所以,在线段
CE
上存在一点
F
使得平面
BEF
平面
CDE
.
69.

解:(1)连BD交AC于O,取DE中点K,良OK、KF
∵AC、BD是正方形
ABCD
的对角线
1

BE

AF
, ∴四边形AOKF为平行四边形,∴
AOFK
∴O为BD中点, ∴
OK

2
又∵
AO
平面DEF,
FK
平面DEF
∴AC平面DEF
(2)在△DAF中,
DF5
,
AD2
,< br>AF1
,所以
FADA

又因为
AFAB< br>,
DAIABA
,
DA,AB
平面ABCD
∴
AF
平面
ABCD
.
以
A
为原点,
AD
、
AB
、
AF
分别为
x
、
y
、
z
轴建立空间直角坐标系(如图).
则
A

0, 0,0

,
B

0,2,0

,
C

2,2,0

,
D

2,0,0

,
E

0,2,2

,
F

0,0,1

uuuruuuruuur
uuuruuur
设
DP
DE

DF
,因为
DE

2,2,2

,
DF

2,0,1

,
32


uuuruuuruuuruuur
又
BD

2, 2,0,

,
DP

DE

DF

2

,2

,2



< br>2

,0,






2

2

,2

,2< br>




uuuruuuruuur
所以
BPBDDP

22

2

,2
2,2




,
uuuruuur
< br>
BP•DF0,


2

22
< br>2


2



0,
∵
uuu
∴
ruuur



2

22

2


2

2

2

2

2




0,

BP•DE0,



0,
uuu r
2
uuur

解得

即. 所以
P
是线段
DE
上靠近
E
的三等分点.
DPDE
2

,
3

3


70.

(1)∵
APABAD
且
PBD
是等边三角形
∴
PAB
,
PAD
,
BAD
均为直角三角形,即
DAAB
,
DAPA
,
∴
DA
平面
PAB

∵
DA
平面
ABD

∴平面
PAB
平面
PAD

2
BD
,
2
uuuruuuruuur
(2)以
AB,AD,AP
为单位正交 基底,建立如图所示的空间直角坐标系
Axyz
.


令
APABAD1
,
BD2
,
∴
A
0,0,0

,
B

1,0,0

,
D

0,1,0

,
P

0,0,1< br>
.
uuruuur
设
C

1,t,0

,则
PB

1,0,1

,
CD

1,1t,0

.
∵直线
PB
与
CD
所成角大小为60°,所以
33 < /p>


uuruuur
uuruuur
PBCD1
cosPB,CD 
uuruuur

,
PBCD
2
即
1
21

1t

2

1
,解得
t 2
或
t0
(舍),
2
∴
C

1,2,0

,
r
设平面
BPC
的一个法向量为
n

x,y,z

.
uuuruur
∵
BC

0,2,0

,< br>BP

1,0,1

,则
uurr


BPn0

2y0
即


rr

uuu
xz0


BCn0

令
x1
,则
z1
,所以
n

1,0,1
< br>.
ur
∵平面
DPC
的一个法向量为
m

x,y,z

,
uuuruuur
∵
DP

0,1,1

,
DC

1,1,0

,则 < br>uuurur


DPm0

yz0
即< br>

rur

uuu
xy0


DCm0

令
y1
,则
x1
,
z 1
,
ur
∴
m

1,1,1

.
urr
urr
mn
∴
cosm,n
urr
0
,
mn
故二面角
BPCD
的大小为90°.
71.


EB
, (1)如图取
AB
的中点E
,连接
DE
,依题
DC

所以四边形
BCD E
是平行四边形,
所以
DEBC
.因为
E
是
AB
中点,
所以
AE
1
AB
,故
AEADDE
,
2
所以
ADE
为等边三角形,所以
AED60
,
因为
ABCD
,所以
EDC60,BCCD

所以平行四边形
BCDE
为菱形,
34


1所以
EDBEDC30
,所以
ADB90
,即
BDAD
,又已知
PABD
,所以
2
BD
平面
PAD
,
BD
平面
ABCD
,所以平面
PAD

平面
ABCD
.

(2)由(1)知,
BD
平面
PAD
,平面
PAD

平面
ABCD
,所以 如图,以
DA
为
x
轴,
DB
为
y
轴,过
D
点与平面
ABCD
垂直的直线为
z
轴建立空间直角坐标< br>Dxyz
.设
AB2
,则
BD3
,
ADCD BCPAPD1
,所以

13

13

A

1,0,0

,B0,3,0,C

,,0,P,0 ,


22

2

,
2


uuur

1
r
r
3
uuu
,0,,AB1,3,0
n

x,y,z
,则 所以
PA

.设平面的法向量
PAB

2

2


uuurr

13
r

PAn0
z0

x


2< br>,令
x3
,则
y1,z1
,所以
n
rr2

uuu


ABn0

x3y 0


3,1,1
.

urr
ur
65
同理可得平面
PBC
的法向量
m3,1,3
,所以
co sm,n
,
65

所以二面角
APBC
大小的余 弦值为

72.

65
.
65
1131
(1)因为
AB1,AA
1
2
,则
F(0,0,0),A(, 0,0),C(,0,0),B(0,,0),E(,0,1)
,
2222
uuu r
uuur
13
所以
AC(1,0,0)
,
BE(, ,1)
, ………………………………………2分
22
记直线
AC
和
BE
所成角为

, < br>uuuruuur
则
cos

|cosAC,BE||
1
1
2
|
13
()
2
()
2
1
22
2
,
4
35


所以直 线
AC
和
BE
所成角的余弦值为
2
. ………………………………………4分
4
(2)设平面
BFC
1
的 法向量为
m(x
1
,y
1
,z
1
)
,
uuur
uuuur
3
1
因为
FB(0,,0)
,
FC
1
(,0,2)
,
2
2
r

uuu
3
mFBy
1
0


2则

,取
x
1
4
得:
m(4,0,1)< br> ……………………………6分
uuuur
1

mFCx2 z0
111

2
设平面
BCC
1
的一个法向量 为
n(x
2
,y
2
,z
2
)
,
uuuur
uuur
13
因为
CB(,,0)
,
CC< br>1
(0,0,2)
,
22
r
1

uuu
3
y
2
0

nCBx
2

则

,取
x
2
3
得:
n(3,1,0) ………………………8分
22
uuuur

nCC2z0
12
cosm,n
43(1)010
(3)< br>2
(1)
2
0
2
4
2
0
2
1
2

251

17
根据图形可知二面角
FBC
1
C
为锐二面角, < br>所以二面角
FBC
1
C
的余弦值为
73.
(1
)见解析.(
2
)
251
; ……………………………………10分
17
AM1
3

.

.(
3
)存在,
AP4
3
(
1
)
∵
面
PAD
面
ABCD
,
AB
面
AB CD
,且
ABAD
,

∴
AB
面
PAD
,

∴
ABPD
,

又
∵
PDPA
,
PAIPBA
,

∴
PD
面
PAB
.

(
2
)如图所示建立空间直角坐标系,

P
D
z
x
A
B
C
y

设直线
PB
与平面
PCD
所成角为

,

36


∴
P(1,0,1)
,
B(0,1,0)< br>,
C(1,2,0)
,
D(2,0,0)
,

uuu ruuuruuur
则有
PB(1,1,1)
,
PC(0,2,1 )
,
PD(1,0,1)
,

r
设平面
PCD
的法向量为
n(x,y,z)
.

ruuur

nPC0

2yz0
r
< br>n(2,1,2)
,

ruuur
由

,得
xz0



nPD0
uuurr
PBn2123
rr

∴
sin


uuu
.

3
|PB||n|
33
又
∵
直线
PB
与平面
PCD
所成角为锐角,

∴
所求线面角的正弦值为
3
.

3
(
3
)假设存在这样的
M
点,

设点
M
的坐标为
(a,0,a)
.

uuuur
则
BM(a,1,a)
,

要使直线
BM∥
面
PCD
,

uuuurr
即需要求
BMn
.

∴
2a12a0
,

解得
a
此时
1
,

4
AM1

.

AP4
74.
见解析.

解:(
1
)证明:取D
为原点,
DA
所在直线为
x
轴,

DE
所在直线为
z
轴建立空间直角坐标系,

则
A (1,0,0)
,
B(1,2,0)
,
E(0,0,3)
,
F(1,2,3)
,

uuuruuur
∴
BE(1,2, 3)
,
AB(0,2,0)
,

r
设平面
ABE
的法向量为
n(x,y,z)
,


x2y3z0
r

∴

不妨设
n(3,0,1)
,



2y0
uuur
又
DF(1,2,3)
,

uuurr
∴
DFn330
,

uuurr
∴
DF⊥n
,

又
∵
DF
平面
ABE
,

∴
DF∥
平面
ABE
.

37


uuuruuur
(
2
)解:
∵
BE(1,2,3)
,
BF(2,0,3)
,

ur
设平面
BEF
的法向量为
m(x,y,z)
,


ur
x2y3z0
∴

不妨设
m(23,3,4)
,


2x3z0
urr
|mn|10531
rr

∴
|cos

|
u
,

31
|m||n|
231
∴
平面
ABE
与平面
EFB
所成锐二面角的余弦值为
531
.

31
uuuru uur
(
3
)解:设
DP

DF

( 1,2,3)(

,2

,3

)
,

[0,1]
,

∴
P(

,2

,3

)
,

uuur
∴
BP(
1,2

2,

)
,

r又
∵
平面
ABE
的法向量为
n(3,0,1)
,
uuurr
∴
sin

|cosBPn|
|3

33

|
2(

1)
2(2

2)
2
3

2

3,

4
∴
8

2
6

1 0
,

∴


11
或


,

24
uuur

33

1
,1,

∴
当


时,
BP


2
,

2
2

uuur
∴
|BP|2
,
< br>uuur

533

1
当


时,
BP



4
,
2
,
4

,

4

uuur
∴
|BP|2
,

uuur
综上
|BP|2
.

75.
(Ⅰ)证 明:因为
PA
平面
ABCD
,所以
PACD

又因为底面
ABCD
是矩形,所以
ADCD

又因为
PAADA
,所以
CD
平面
PAD
.
又因为
CD
平面
PCD
,所以平面
PCD
平面
PAD
.
(Ⅱ)解:方法一:(几何法)过点
A
作
AM PE
,垂足为点
M
,连接
FM
.
不妨设
PAAD3
,则
AB2AD6,BC3
.
因为
PA
平面
ABCD
,所以
PAAF
.
38


又因为底面
ABCD
是矩形,所以
ABAF
.
又因为
PAABA
,所以
AF
平面
PAB
, 所以A
AFPE
.
又因为
AMAFA
,所以
PE
平面
AFM
,所以
PEFM

所以
AMF
就是二面角
APEF
的平面角.
在< br>RtPAE
中,由勾股定理得
PE
由等面积法,得
AM
PA
2
AE
2
3
2
2
2
13,
PAAE32613
,

PE13
13
AFAE1

.
FDDC3
又由平行线分线段成比例定理,得
所以
AF113

.所以
AFAD
.
AD222
3
AF13
所以
tanAMF
.

2

AM
613
4
13
所以二面角
A PEF
的正切值为
13
.
4
方法二:(向量法)以
A F
,
AB
,
AP
分别为
x
,
y
,
z
轴建立如图所示的空间直角坐
标系:

不妨设
PAA D3
,则由(Ⅱ)可得
AP3
,
AE2
.
又由平行线分线段成比例定理,得
AFAE1

,
FDDC3< br>所以
AF113

,所以
AFAD
.
AD2 22

3

2


0,0

.
0,3

,
E

0,2,0

,
F

,
所以点
P

0,
39

< br>
则
PE

0,
0,3

. 2,-3

,
PF

,

uuur
uuur
3
2
设平面
PEF
的法向量为
n
< br>x,y,z

,则
uuur

nPE

x,y,z



0,2,3

0,
2y3z0,

3

yz,

r
由< br>
uuu
得
3
得

2

3

x3z0,

nPF

x,y,z



,0,3

0,

2
x2z,
2


令
z1
,得平面
PEF
的一 个法向量为
n

1

;

2,,


又易知平面
PEA
的一个法向量为
mAF


,0,0

;

uuur
3
2
3
2

3



3

2,,1< br>
,0,0

nm
22

4
.

设二面角
APEF
的大小为

,则
c os


29329
nm

22
所以
ta n


76.

29

4
13
13

.所以二面角
APEF
的正切值为.
44
4
2
2
(Ⅰ)证明,不妨设
BC2AD4
,过
A
作
BC
垂线交
BC
于
E
,则
AE3
,< br>AC23
,
AB
22
1
2

o
cos60
2
所以
ABACBC
,所以
ABAC
, 又因为平面
ABCD
与平面
ABC
1
D
1
垂直,所
以
AC
平面
ABC
1
D
1

所以
BC
1
AC


(Ⅱ)建立如图坐标系,< br>A

0,0,0

,
B

2,0,0

,
C0,23,0
,
D1,3,0
,

D
1
1,0,3

uuuuruuuruuuur
所以
DD
1
0,3,3
,
BC2,23,0
,
BD1
3,0,3



r
设平面
BCD
1
的法向量为
n

x,y,z


40


r


2x23y0
则有< br>
,取
n


3x3z0

ruu uur
26
3,1,3
,
cosn,DD
1

,
13

直线
DD
1
与平面
BCD
1< br>所成角的正弦值为
26
.
13

77.
(1)因 为
△ABC
是等边三角形,
M
为
AB
的中点,所以
CMAB
.
又因为
DB
平面
ABC
,
DB CM
,可得
CM
平面
ABDE
,
因为
EM
平面
ABDE
,所以
CMEM
;(4分)
(2)如图, 以点
M
为坐标原点,
MC,MB
所在直线分别为
x,y
轴, 过
M
且与直线
BD
平行的直线为
z
轴,建立空间直角坐标系 .因为
DB
平面
ABC
,所以
DMB
为直线
D M
与平面
ABC
所成的角.(6分)
由题意得
tanDMB< br>BD
2
,即
BD2
,故
B

0,1,0

,
C3,0,0
,
MB
uuuruuur
uuu r
D

0,1,2

,E

0,1,1

,于是
BC3,1,0
,
BD

0,0,2

,
CE3,1,1
,


uuur
CD 3,1,2
,设平面
BCD
与平面
CDE
的法向量分别为
m 

x
1
,y
1
,z
1

,
uuuv

mBC0


3x
1y
1
0
v
得

,令
x
1
1
,得
y
1
3
,所以
n

x
2
,y
2
,z
2

,则由

uuumBD0



2z
1
0

3 23

m1,3,0
.同理求得
n

, (10分)
1,,


33


所以
cos m,n
mn
0
,则二面角
BCDE
的大小为
90 
.(12分)
mn
41


51015
z
D
E
A
M
B
y
C
x

78.< br>(
1
)见解析.(
2
)
30
10
.(
3
)
2
5
.

(
1
)证明:
∵
侧面
y
3x-2y
PAB
是正三角形,
AB
中点为
Q
,

∴
PQAB
x+y-4=0
,

∵
侧面
x+2y=0
PAB
底面
ABCD
(3,
,
x

侧面
PABI
底面
ABCDAB
,

PQ
侧面
PAB
,

∴
PQ
平面
ABCD
.

(
2
)连接
AC
,设
ACIBDO
点,

以
O
为原点,
OB
,
OC
过
O
点 且垂直于平面
ABCD
的直线分别为
x
,
y
,
角坐 标系,

P
z
A
M
Q
D

x
B
O
C
y
O(0,0,0)
,
B(3 ,0,0)
,
C(0,1,0)
,
D(3,0,0)
,
P


3

,
1
,3


22


,

u
PD
uur



331




2
,
2,3


,


平面
ABCD
的法 向量
u
m
r
(0,0,1)
,

设斜线
PD
与平面
ABCD
所成角为

,

则
sin|cos
u
m
r
,
u
PDuur
uruuur
|
|
u
m
r
mPD< br>||
u
PD
uur
|

330
27

10
.

4

1
4
3
42
z
轴建立空间直


uuuuruuur

3
3
CMtCPt,t,3t
(
3
)设

2

,

2

r

3< br>

3

uuuu
3
3
BM
< br>t3,t1,3t
M

t,t1,3t

,


2

,


2

2
2


uuur
DB(23,0,0)
,

r
设平面
MBD
的法向量为
n(x,y,z)
,

ruuuruuur
∴
nDB
,
nMB
,
< br>ruuur

x0


nDB0




ruuu



3
r
,

3

t3xt1y3tz0




nMB0


2


2




r

6t

n,3
,

取
z3
,


0,

3t2

ur
又
∵
平面
ABCD
的法 向量
m(0,0,1)
,

urr
urr
mn
rr
cosmncos60
,
∴
u
|m||n|
3
∴

6t

3


3t2

2

1
2
,

解出
t2
(舍去)或
t
此时
2
,

5
CM2

.

CP5

43

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