2019高考数学决胜专卷(含解析)之 空间点、直线、平面的位置关系(跟踪知识梳理)

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资源描述

1、空间点、直线、平面的位置关系跟踪知识梳理考纲解读:1.理解空间直线、平面位置关系的定义,并了解可以作为推理依据的公理和定理;2.以立体几何的定义、公理和定理为出发点,认识和理解空间中线面平行、垂直的有关性质与判定定理;3.能运用公理、定理和已获得的结论证明一些空间位置关系的简单命题.考点梳理:1.平面的基本性质(1)公理 1:如果一条直线上的两点在一个平面内,那么这条直线上所有的点都在这个平面内(即直线在平面内)(2)公理 2:经过不在同一条直线上的三点,有且只有一个平面( 即可以确定一个平面)(3)公理 3:如果两个不重合的平面有一个公共点,那么它们有且只有一条通过这个点的公共直线推论 1:

2、经过一条直线和这条直线外一点,有且只有一个平面推论 2:经过两条相交直线,有且只有一个平面推论 3:经过两条平行直线,有且只有一个平面2. 空间两直线的位置关系直线与直线的位置关系的分类Error!直线与平面的位置关系有平行、相交、在平面内三种情况平面与平面的位置关系有平行、相交两种情况平行公理:平行于同一条直 线的两条直线互相平行等角定理:空间中如果两个角的两边分别对应平行,那么这两个角相等或互补3.异面直线所成的角异面直线所成的 角定义:设 a,b 是两条异面直线,经过空间任一点 O 作直线 aa,b b ,把 a与 b所成的锐角或直角叫作异面直线 a,b 所成的角( 或夹角)范围: 2,

3、0(.异面直线的判定方法:判定定理:平面外一点 A 与平面内一点 B 的连线和平面内不经过该点的直线是异面直线;反证法:证明两线不可能平行、相交或证明两线不可能共面,从而可得两线异面4.直线与平面所成角1直线和平面所成角的求法:如图所示,设直线 l 的方向向量为 e,平面 的法向量为n,直线 l 与平面 所成的角为 ,两向量 e 与 n 的夹角为 ,则有 sin |cos | .|en|e|n|5.二面角1求二面角的大小(1)如图 1,AB、 CD 是二面角 l 的两个面内与棱 l 垂直的直线,则二面角的大小 AB, CD(2)如图 2、3, 12,n分别是二面角 l 的两个半平面 , 的法向

4、量,则二面角的大小1,(或 ,)核心能力必练一、选择题1 (2018 安徽黄山二模,4)下列说法中,错误的是 ( ) A.若平面 平面 ,平面 平面 =l,平面 平面 =m,则 lm B.若平面 平面 ,平面 平面 =l,m,ml,则 m C.若直线 l平面 ,平面 平面 , 则 l D.若直线 l平面 ,平面 平面 =m,直线 l平面 ,则 l m 2 (2018 河南洛阳二模,4)若 m,n 是两条不同的直线, , 是两个不同的平面,则下列命题正确的是( ) A.m,n,且 , 则 mn 来源:B.m, n 且 , 则 mn C.m,n 且 , 则 mn D.m, n 且 , 则 mn3

5、(2018 湖北重点中学协作体 4 月联考,5)设 m,n 是平面 内的两条不同直线,l 1,l2 是平面 内两条相交直线,则 的一个充分不必要条件是 ( ) A.l1m ,l1n B.ml 1,ml 2 C.ml 1,nl 2 D.mn,l 1n4 (2017 中原名校联盟 4 月联考,4)已知 m 和 n 是两条不同的直线 , 和 是两个不重合的平面, 下面给出的条件中一定能推出 m 的是 ( ) A. 且 m B. 且 m C.mn 且 n D.mn 且 n 5 .(2018 湖南衡阳 3 月模拟 ,7)设 、 是空间两个平面,m 、n 、l 是空间三条直线,则下列四个命题中,逆命题成立

6、的个数是 ( ) 当 n 时,若 n,则 当 l 时, 若 l, 则 当 n,且 l 时, 若 l,则 nl 当 n,且 l 是 m 在 内的射影时, 若 nl ,则 mn. A.1 B.2 C.3 D.4 6设 是两个平面, 是两条直线,有下列三个命题:,(1 )如果 ,那么 ;(2 )如果 ,那么 ;,/n,/nmn(3 )如果 ,那么 ./m其中正确命题的个数是( )A. 0 B. 1 C. 2 D. 37下列条件中,能判断两个平面平行的是( )A. 一个平面内的两条直线平行于另一个平面B. 一个平面内的无数条直线平行于另一个 平面C. 平行于同一个平面的两个平面D. 垂直于同一个平面的

7、两个平面8给定下列四个命题:若一个平面内的两条直线与另一个平面都平行,那么这两个平面相互平行;若一个平面经过另一个平面的垂线,那么这两个平面相互垂直;垂直于同一直线的两条直线相互平行;若两个平面垂直,那么一个平面内与它们的交线不垂直的直线与另一个平面也不垂直其中,为真命题的是( )A. 和 B. 和C. 和 D. 和9设 , 是两个不同的平面, , 是两条不同的直线,且 , ,则( lmlm)A若 ,则 B若 ,则llC若 ,则 D若 ,则 来源:Z,xx,k.Com/10已知空间三条直线 若 与 异面,且 与 异面,则 ( ),.lmnllnA 与 异面 B 与 相交mnC 与 平行 D 与

8、 异面、相交、 平行均有可能11已知 是两个不同的平面, 为两条不重合的直线,则下列命题中正确的为( ,mn)A若 , , ,则nB若 , , ,则mm C若 , , ,则nnD若 , , ,则 12已知异面直线 与 所成角为 60,过空间内一定点 且与直线 所成角均为 60的abP,ab直线有( )A. 1 条 B. 2 条 C. 3 条 D. 4 条1 3如图, 为正方体,下面结论错误的是( )1ABCDA. 平面 B. BD 1C1ACBDC. 平面 D. 异面直线 与 所成的角为 601A114正四棱柱 中, ,则 与平面 所成角的正弦值1B121BD为( )A. B. C. D. 1

9、030136315如图,三棱柱 中,侧棱 底面 ,底面三角形 是正三角形,1ABC1A1BC1ABC是 的中点,则下列叙述正确的是( )EBA 与 是异面直线 B 平面1CBEAC1BAC D 平面 A1EB1 116已知两个不同的平面 , 和两条不重合的直线 , ,则下列四个命题中不正确的mn是( )A若 , ,则 B若 , ,则mn nC若 , , ,则 D若 , ,则 m nm二、填空题17在如图所示的正方体 中,异面直线 与 所成角的大小为1ABC1ABC_.18将边长为 的正方形 (及其内部)绕 旋转一周形成圆柱,如图,11AO1O, ,其中 与 在平面 的同侧则异面直线20AOC6

10、0B1CA与 所成 的角的大小是 1B119已知平面 ,直线 ,给出下列四种说法:,mnl(1 )若 ,且 ,则 ; (2 )若 相交且都在 外, ,则 ;,mn,n (3 )若 ,且 ,则 ; n (4 )若 ,则 ;,lm l以上说法正确的有_20如图,长方体 中, , ,点 , , 分别1ABCD12AB1ADEFG是 , , 的中点,则异面直线 与 所成的角是 1D1EGF21在棱长均相等的正四棱锥 中, 为底面正方形的中 心, 分别为侧棱PO,MN的中点,有下列结论:,PAB 平面 ; 平面 平面C OMNCD N ; 直线 与直线 所成角的大小为 .M90其中正确结论的序号是 .(

11、写出所有正确结论的序号)三、解答题22如图,四棱锥 中,底面 为矩形,PABCDAB为 的中点,且 .3,2,6,ABEPEPC(1 )求证: 平面 ;(2 )若 分别为棱 中点,求四棱锥 的体积.,MN, BMDN23如图,直三棱柱 中, , , , 分别是1ABC5ABC16BDE和 的中点1A(1 )求证: 平面 ;DE(2 )求三棱锥 的体积B来源24.如图,直三棱柱 的底面为正三角形, 、 、 分别是 、 、1ABCEFGBC1的中点1B(1 )若 ,求证: 平面 ;11AG(2 )若 为 中点, ,四棱锥 的体积为 ,求三棱锥DA45CD1CBD62的表面积FEC25如图,在四棱锥

12、 中,底面 是正方形,侧棱 底面PABCDABPD是 的中点.,ABCDE(1)证明: 平面 ;(2)证明:平面 平面 26如图,在正三棱柱 中,底面 为正三角形, 分别是棱1ABCABC MNG, ,的中点,且 .1 CAB, , 2(1 )求证: ;1NM 平 面(2 )求证: ;1AG平 面27如图,在底面是菱形的四棱柱 中,1ABCD, , ,点 在 上60ABC1212E1AD(1 )求证: 平面 ;(2 )当 为何值时, 平面 ,并求出此时直线 与平面 之间的距1AED1B EAC1ABEC离28在长方体 中, 分别是 的中点, ,过1ABCD,EF1,AD2ABC三点的的平面截去

13、长方体的一个角后得到如图所示的几何体1、 、,且这个几何体的体积为 1 403(1 )求证: 平面 ;EF 1ABC(2 )求 的长;1(3 )在线段 上是否存在点 ,使直线 与 垂直,如果存在,求线段 的长,P1ACD1AP如果不存在,请说明理由空间点、直线、平面的位置关系跟踪知识梳理考纲解读:1.理解空间直线、平面位置关系的定义,并了解可以作为推理依据的公理和定理;2.以立体几何的定义、公理和定理为出发点,认识和理解空间中线面平行、垂直的有关性质与判定定理;3.能运用公理、定理和已获得的结论证明一些空间位置关系的简单命题.考点梳理:1.平面的基本性质(1)公理 1:如果一条直线上的两点在一

14、个平面内,那么这条直线上所有的点都在这个平面内(即直线在平面内)(2)公理 2:经过不在同一条直线上的三点,有且只有一个平面( 即可以确定一个平面)(3)公理 3:如果两个不重合的平面有一个公共点,那么它们有且只有一条通过这个点的公共直线推论 1:经过一条直线和这条直线外一点,有且只有一个平面推论 2:经过两条相交直线,有且只有一个平面推论 3:经过两条平行直线,有且只有一个平面2. 空间两直线的位置 关系直线与直线的位置关系的分类Error!直线与平面的位置关系有平行、相交、在平面内三种情况平面与平面的位置关系有平行、相交两种情况平行公理:平行于同一条直线的两条直线互相平行等角定理:空间中如

15、果两个角的两边分别对应平行,那么这两个角相等或互补3.异面直线所成的角异面直线所成的角定义:设 a,b 是两条异面直线,经过空间任一点 O 作直线 aa,b b ,把 a与 b所成的锐角或直角叫作异面直线 a,b 所成的角( 或夹角)范围: 2,0(.异面直线的判定方法:判定定理:平面外一点 A 与平面内一点 B 的连线和平面内不经过该点的直线是异面直线 ;反证法:证明两线不可能平行、相交或证明两线不可能共面,从而可得两线异面来源:4.直线与平面所成角1直线和平面所成角的求法:如图所示,设直线 l 的方向向量为 e,平面 的法向量为n,直线 l 与平面 所成的角为 ,两向量 e 与 n 的夹角

16、为 ,则有 sin |cos | .|en|e|n|5.二面角1求二面角的大小(1)如图 1,AB、 CD 是二面角 l 的两个面内与棱 l 垂直的直线,则二面角的大小 AB, CD(2)如图 2、3, 12,n分别是二面角 l 的两个半平面 , 的法向量,则二面角的大小1,(或 ,)核心能力必练一、选择题1 (2018 安徽黄山二模,4)下列说法中,错误的是 ( ) A.若平面 平面 ,平面 平面 =l,平面 平面 =m,则 lm B.若平面 平面 ,平面 平面 =l,m,ml,则 m C.若直线 l平面 ,平面 平面 ,则 l D.若直线 l平面 ,平面 平面 =m,直线 l平面 ,则 l

17、 m 【答案】C【解析】对于 A,由面面平行的性质定理可知为真命题,故 A 正确;对于 B,由面面垂直的性质定理可知为真命题,故 B 正确; 对于 C,若 l , ,则 l 或 l,故 C 错误;对于 D,由线面平行的性质定理可知为真命题,故 D 正确.综上,选 C.2 (2018 河南洛阳二模,4)若 m,n 是两条不同的直线, , 是两个不同的平面,则下列命题正确的是( ) A.m,n,且 , 则 mn B.m, n 且 , 则 mn C.m,n 且 ,则 m n D.m, n 且 , 则 mn【答案】B3 (2018 湖北重点中学协作体 4 月联考,5)设 m,n 是平面 内的两条不同直

18、线,l 1,l2 是平面 内两条相交直线,则 的一个充分不必要条件是 ( ) A.l1m ,l1n B.ml 1,ml 2 C.ml 1,nl 2 D.mn,l 1n【答案】B【解析】由 ml 1,ml 2 及已知条件可得 m,又 m,所以 ;反之, 时未必有ml 1,ml 2,故 “ml 1,ml 2”是 “ ”的充分不必要条件,其余选项均推不出 ,故选 B. 4 (2017 中原名校联盟 4 月联考 ,4)已知 m 和 n 是两条不同的直线, 和 是两个不重合的平面,下面给出的条件中一定能推出 m 的是 ( ) A. 且 m B. 且 m C.mn 且 n D.mn 且 n 【答案】C【解

19、析】对于选项 A, 且 m,可得 m 或 m 与 相交或 m,故 A 不成立;对于选项B, 且 m,可得 m 或 m 或 m 与 相交, 故 B 不成立 ;对于选项 C,mn 且 n,则 m,故 C 正确; 对于选项 D,由 mn 且 n ,可得 m 或 m 与 相交或 m,故 D 不成立. 故选 C. 5 .(2018 湖南衡阳 3 月模拟 ,7)设 、 是空间两个平面,m 、n 、l 是空间三条直线,则下列四个命题中,逆命题成立的 个数是 ( ) 当 n 时,若 n,则 当 l 时, 若 l, 则 当 n,且 l 时, 若 l,则 nl 当 n,且 l 是 m 在 内的射影时, 若 nl

20、,则 mn. A.1 B.2 C.3 D.4 【答案】C6设 是两个平面, 是两条直线,有下列三个命题:,mn(1 )如果 ,那么 ;(2 )如果 ,那么 ;,/,/mnmn(3 )如果 ,那么 ./其中正确命题的个数是( )A. 0 B. 1 C. 2 D. 3【答案】C【解析】对于, ,则 可能相交,垂直,平行,故错误;对于,/mn,,因为 ,所以 ,故正确;对于,由两个平面平行的性质可知正,/确.故选 C.7下列条件中,能判断两个平面平行的是( )A. 一个平面内的两条直线平行于另一个平面B. 一个平面内的无数条直线平行于另一个平面C. 平行于同一个平面的两个平面D. 垂直于同一个平面的

21、两个平面【答案】C【解析】A 错在没有说明两条直线相交,如果是两条平行线就不能证明两个平面平行,B也是一样,也有可能是无数条平行线,也不能说明两个平面平行,D 中的两个平面有可能相交,只有 C 成立,故选 C.8给定下列四个命题:若一个平面内的两条直线与另一个平面都平行,那么这两个平面相互平行;若一个平面经过另一个平面的垂线,那么这两个平面相互垂直;垂直于同一直线的两条直线相互平行;若两个平面垂直,那么一个平面内与它们的交线不垂直的直线与另一个平面也不垂直其中,为真命题的是( )A. 和 B. 和C. 和 D. 和【答案】D【解析】这两条直线缺少“相交”这一限制条件,故错误 ;中缺少“ 平面内

22、”这一前提条件,故错误9设 , 是两个不同的平面, , 是两条不同的直线,且 , ,则( lmlm)A若 ,则 B若 ,则llC若 ,则 D若 ,则/【答案】A10已知空间三条直线 若 与 异面,且 与 异面,则 ( ),.lmnllnA 与 异面 B 与 相交mnC 与 平行 D 与 异面、相交、平行均有可能【答案】D【解析】m 与 n 可能异面(如图 3) ,也可能平行(图 1) ,也可能相交(图 2) ,11已知 是两个不同的平面, 为两条不重合的直线,则下列命题中正确的为( ,mn)A若 , , ,则nmB若 , , ,则m C若 , , ,则nnD若 , , ,则 m 【答案】C【解

23、析】A 中 可能平行,相交或直线在平面内;B 中两平面可能平行也可能相交;C,中由面面垂直的判定可知结论正确;D 中两平面可能平行也可能相交 . 12已知异面直线 与 所成角为 60,过空间内一定点 且与直线 所成角均为 60的abP,ab直线有( )A. 1 条 B. 2 条 C. 3 条 D. 4 条【答案】C13如图, 为正方体,下面结论错误的是( )1ABDC来源:Zxxk.ComA. 平面 B. BD 1C1ACBDC. 平面 D. 异面直线 与 所成的角为 601A1【答案】D【解析】在正方体中 与 平行,因此有 与平面 平行,A 正确; 在B1B1C1C平面 内的射影 垂直于 ,

24、因此 ,B 正确;与 B 同理有 与ACD1A, 垂直,从而 平面 ,C 正确;由 知 与 所成角1B11A1D 1为 45,D 错故选 D14正四棱柱 中, ,则 与平面 所成角的正弦值1ABCD12AB1D1B为( )A. B. C. D. 10301363【答案】A【解析】连接 交 于点 ,连接 ,则 为 与平面 所成角.设CBDO11ADO11BD,则 ,所以 ,故选 A. 15如图,Ba12,5aA110sin三棱柱 中,侧棱 底面 ,底面三角形 是正三角形, 是 的1AC11BCABCEBC中点,则下列叙述正确的是( )A 与 是异面直线 B 平面1CBEAC1BAC D 平面 A

25、1EB1 1【答案】C16已知两个不同的平面 , 和两条不重合的直线 , ,则下列四个命题中不正确的mn是( )A若 , ,则 B若 , ,则mn nC若 , , ,则 D若 , ,则 m nm【答案】D 来源:ZXXK【解析】对于 A, , , 成立,故 A 正确;对于 B, ,mn , ,故 B 正确;对于 C, , , ,又m n , ,故 C 正确;对于 D, , ,当直线 在平面 内n m时, 成立,但题设中没有 ,故 D 不正确,故选 D.mn m二、填空题17在如图所示的正方体 中,异面直线 与 所成角的大小为1ABC1ABC_.【答 案】 318将边长为 的正方形 (及其内部)

26、绕 旋转一周形成圆柱,如图,11AO1O, ,其中 与 在平面 的同侧则异面直线20AOC60B1CA与 所成的角的大小是 1B1【答案】 45【解析】设点 在下底面圆周的射影为 ,连结 ,则 , 为直线1BB11BA CB1与 所成角(或补角), ,连结 ,C1A1ACO、, 为正三角形,12,33OOC, 直线 与 所成角大小为 .tan,1BB1B14519已知平面 ,直线 ,给出下列四种说法:,mnl(1 )若 ,且 ,则 ; (2 )若 相交且都在 外, ,则 ;,mn,n (3 )若 ,且 ,则 ; n (4 )若 ,则 ;,lm l以上说法正确的有_【答案】 (2) (4)20如

27、图,长方体 中, , ,点 , , 分别1ABCD12AB1ADEFG是 , , 的中点,则异面直线 与 所成的角是 1D1EGF【答案】 90【解析】连接 ,由于 ,所以 即为所求,1,BGF1AB 1F,满足勾股定理,故 15,23F90G21在棱长均相等的正四棱锥 中, 为底面正方形的中心, 分别为侧棱PABCDO,MN的中点,有下列结论:,PAB 平面 ; 平面 平面 ;C OMN N ; 直线 与直线 所成角的大小为 .M90其中正确结论的序号是 .(写出所有正确结论的序号)【答案】三、解答题22如图,四棱锥 中,底面 为矩形,PABCDAB为 的中点,且 .3,2,6,ABEPEP

28、C(1 )求证: 平面 ;(2 )若 分别为棱 中点,求四棱锥 的体积.,MN, BMDN【答案】 (1)证明过程见解析 (2 ) 34BMCDNV(2 )因为 , 平面 ,所以 平面 ,/BACDP/AP所以四棱锥 的体积 ,MNBMCDNCN又 分别为棱 中点,所以 ,, 34PDS所以 3132.4 4BMCDNAAPCDACVV23如图 ,直三棱柱 中, , , , 分别是1B516BCDE和 的中点1(1 )求证: 平面 ;DE AC(2 )求三棱锥 的体积B【答案】 (1)证明见解析 (2 ) 12EBCDV【解析】 (1)证明:取 的中点 ,连结 , ,GA因为 是 的中点,所以

29、 ,且 ,EBC1 12由直棱柱知, ,且 ,又 是 的中点,1A B所以 且 ,所以四边形 是平行四边形,所以 ,G DEAD/DEAG又 平面 , 平面 ,所以 平面EBC BC24.如图,直三棱柱 的底面为正三角形, 、 、 分别是 、 、1AF1C的中点1B(1 )若 ,求证: 平面 ;1C1BCAEG(2 )若 为 中点, ,四棱锥 的体积为 ,求三棱锥DA45D1CBD62的表面积FE【答案】 (1)证明见解析 (2 ) 3【解析】 (1)证明:因为三棱柱 是直三棱柱,所以 ,1ABC1AEB又 是正三角形 的边 的中点,所以 ,又 ,EABEBC所以 平面 ,则 , 1C1E连接

30、 ,易知四边形 为正方形,则 ,11 1又 ,所以 ,因为 ,所以 平面 1GEBC 1GEAE1BCAEG25如图,在四棱锥 中,底面 是正方形,侧棱 底面PABCDABPD是 的中点.,ABCDE(1)证明: 平面 ;(2)证明:平面 平面 【答案】 (1)证明见解析 (2 )证明见解析【解析】 (1)证明:连接 交 于 ,连接 ,ACBDOE底面 是正方形, 为 中点,又 是 的中点,ABDPC OEP 平面 平面 , 平面,EA DB26如图,在正三棱柱 中,底面 为正三角形, 分别是棱1ABCC MNG, ,的中点,且 .1 CAB, , 2(1 )求证: ;1NM 平 面(2 )求

31、证: ;1AG平 面【答案】 (1)证明见解析 (2 )证明见解析【解析】 (1)证明:设 的中点为 ,连接 , , 1ABPNMP , , ,12CM=2NP C , 是平行四边形, , , , .1AB平 面 1AB平 面 1NAB 平 面(2 )证明: ,平面 ,C平 面 1CC平 面 , , ,G1平 面 MG设 ,则 ,在 中, ,2Aa12aRtA 26Aa同理, .16BM , ,C平 面 1B ,221 3AAa , , 21M1M又 , . GBG平 面27如图,在底面是菱形的四棱柱 中,1ACDB, , ,点 在 上60ABC1212E1AD(1 )求证: 平面 ;B(2

32、)当 为何值时, 平面 ,并求出此时直线 与平面 之间的距1ED1A EC1BC离【答案】(1)证明见解析 (2)当 时, 平面 ,1AED1B EAC217(2 )当 时, 平面 证明如下:1AED1B C连结 交 于 ,当 时,点 为 的中点,连结 ,则 ,BCOE1AOE1AB所以 平面 ,1所以直线 与平面 之间的距离等于点 到平面 的距离AE1C因为点 为 的中点,所以可转化为 到平面 的距离,1DDEA设 的中点为 ,连结 ,则 ,F1F所以 平面 ,且 ,可求得 ,EACE3ACDS所以 ,13DV又 , , ,所以 ,2AEC2E72EACS所以 ( 表示点 到平面 的距离)

33、,解得 ,133EACSd D217d所以直线 与平面 之间的距离为 1B21728在长方体 中, 分别是 的中点, ,过1ABCD,EF1,AD2ABC三点的的平面截去长方体的一个角后得到如图所示的几何体1、 、,且这个几何体的体积为 1 403(1 )求证: 平面 ;EF 1ABC(2 )求 的长;1(3 )在线段 上是否存在点 ,使直线 与 垂直,如果存在,求线段 的长,P1ACD1AP如果不存在,请说明理由【答案】(1)证明见解析 (2) (3)41A291P(2 ) ,11111104233ABCDABCDBACVVA .4(3 )在平面 中作 交 于 ,过 作 交 于点 ,则11Q1QPCB 1P. 1APC因为 平面 平面 , ,又D1,CD111DA,1,QPCBAD ,又 , 平面 ,1 1Q1CD1APQ又 平面 , ,1P , , ,又 ,11RtDCQ 11BC42PB四边形 为直角梯形,且高 , .1A15DQ21 95AP

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