2020届高考数学例解棱锥.pdf
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1、2020届高考数学例解棱锥例 1 正六棱锥的底面周长为24,侧面与底面所成角为60,求:1棱锥的高;2斜高;3侧棱长;4侧棱与底面所成角分析:此题涉及了正棱锥的假设干差不多量,能够把差不多量放置到直角三角形中,由量求未知量解:正六棱锥的底面周长为24正六棱锥的底面边长为4在正棱锥ABCDEFS-中,取BC中点H,连SH,BCSH,O是正六边形ABCDEF的中心连SO,那么SO底面ABCDEFBCOHSHO是侧面与底面所成二面角的平面角,即60SHO1在RtSOH中,3223BCOH,60SHO,660tanOHSO2同样在SOH中,斜高342OHSH,3RtSOH中,6SO,4BCOB1322
2、2OBSOSB4SO底面ABCDEF,SBO是侧棱与底面所成角,同样在SOB中,23tanBOSOSBO,23arctanSBO,讲明:在立体几何中,要善于把长度和角度放到三角形中去解决,正棱锥中有关长度、角度要紧在两上重要的直角三角形中,此题中的方法也可用于其它正棱锥中比如:正四棱锥底面边长为a,相邻两侧面所成二面角为120,求正棱锥的高、斜高、侧棱长正四棱锥相邻侧面是全等的等腰三角形,利用那个性质先落实相邻侧面所成二面的平面角,先运算侧棱长为a23,然后利用底面边长和侧棱长在两个重要的直角三角形中,运算出高为a21,斜高为a22典型例题二例 2 如下图,正四棱锥ABCDP-棱长均为13,M
3、,N分不是PA,BD上的点,且85:NDBNMAPM1求证:直线/MN平面PBC;2求直线MN与底面ABCD所成角的正弦分析:1 要证明/MN平面PBC,只需证明MN与平面PBC内某一条直线平行为此连AN并延长交BC于E,连PE可考虑证明PEMN/2假设能证明PEMN/,那么PEO即为直线MN与底面所成的角解:1连AN并延长交BC于E,再连PEADBE/,NDBNANEN:,又MAPMNDBN:,MAPMANEN:,MNPE/,又PE平面PBC,MN平面PBC,/MN平面PBC2设O为底面中心,连PO,EO,那么PO平面ABCD又PEMN/,那么PEO为直线MN与平面ABC所成的角由85:ND
4、BNADBE及13AD,得865BE,在PBE中,60PBE,13PB,865BE,由余弦定理,得891PE 在RtPOE中,2213PO,891PE,那么724sinPEPOPEP讲明:此题 2假设直截了当求MN与平面ABCD所成的角,运算就比较复杂,而平移为求PE与底面所成的角,运算就易得多可见,平移是求线线、线面所成角的重要方法典型例题三例 3 斜三棱柱111-CBAABC的底面ABC是直角三角形,90C,侧棱与底面成60角,点1B在底面的射影D为BC的中点,cm2BC1求证11BCAB;2假设CBBA-1为30的二面角,求四棱锥11-BCCBA的体积分析:证11BCAB关键在于证出其中
5、一条线垂直于另一条线所在的平面;而求棱锥的体积关键在于求出其底面积和高这两个咨询题可由题设及线与线、线与面的位置关系求得解:如下图,1DB1平面ABC,AC底面ABC,DBAC1BCAC,AC平面BCB1,1BCAC1B在底面ABC上的射影D为BC的中点,侧棱与底面成60角,四边形11BBCC是菱形,11BCCB,1BC平面1ACB,11ABBC2过C作BBCE1,连结AEAC平面CCBB11,CE是AE在平面CCBB11上的射影,BBAE1,AEC是二面角CBBA-1的平面角,30AEC在RtBEC中,360sinBCEC,在RtACE中,由90ACE可得130tan3tanAECECAC2
6、3312121CEACSACE,ACEBACEBBCBAVVV-11EBSEBSACEACE31311EBEBSACE131131BBSACE22331333322111-BCBABCCBAVV体积单位讲明:证明线线垂直转化成证线面垂直是证明经常用的方法之一,而证线面垂直时又涉及线与线的垂直,因此线与面各种位置关系经常贯穿咨询题的始终当遇到一线垂直于一截面,而截面面积又能运算时,将几何体分割成两个体积之和运算也是一种常用的方法结果便转化成截面与此线相乘的关系,因而使咨询题得到简化典型例题四例 4 如图,在三棱锥ABCP-中,PA底面ABC,BCAC,D、G分不是PA和AB的中点,E为PB上一点
7、,且PBBE31,21:ABAP1求证:EG平面CDG;2求截面CDE分棱锥ABCP-所成两部分的体积之比分析:由PA底面ABC,能够判定平面PAB平面ABC,且 相 交 于AB,因 为G是AB的 中 点,且ACBC,因 此ABCG,因此有CG平面PAB,EGCG假设证EG平面CDG,只需EG与平面CDG中的另一条直线垂直就能够了为此,就要从的数量关系着手,找到新的线与线的垂直关系平面CDE把三棱锥ABCP-分成两部分,明显这两部分具有相同的高线CG因此,只要找到PDE和四边形ABED的面积之比,就能够确定两部分的体积之比了证明:1PA平面ABC,且PA平面PAB平面PAB平面ABC,且相交于
8、AB在ABC中,BCAC,CG是AB边上的中线ABCGCG平面PABEG平面PAB,CGEG利用两个平面垂直的性质定理能够证明CG平面PAB在RtPAB和GEB中设xPA,那么xAB2,xPB3,xBE33,xBG2261322xxPBBG,61233xxABBEPBAGBE,PABGEB90PAB,90GEBPBEGPBDG/利用相似三角形的性质,得到90GEBDGEGGCGDG,EG平面CDG解:2APBPDPESPDEsin21APBPBPASPABsin21PAPD21,PBPE3213sin21sin21APBPEPDAPBPBPASSPDEPAB133131-PDEPABPDECP
9、ABCSCGSCGVV三棱锥三棱锥12-PDECPDECPABCVVV三棱锥三棱锥三棱锥截面CDE分棱锥ABCP-为两部分,三棱锥PDEC-与四棱锥ABEDC-的体积之比为 1:2典型例题五例 5 四棱锥ABCDP-,侧面PCD是边长为2 的正三角形且与底面垂直,底面ABCD是面积为32的菱形,ADC为菱形的锐角 1 求证:CDPA;2 求二面角DABP-的大小;3求棱锥ABCDP-的侧面积与体积分 析:取CD中 点H,侧 面PCD底 面ABCD,从 而CDPA可利用三垂线定理转化为证明CDHA,线面垂直也为二面角DABP-平面角的落实制造了有利条件,棱锥的侧面积可通过抓侧面三角形的专门性来解
10、决证明:1取CD中点H,连PH、AH,PCD是等边三角形,CDPH,面PCD底面ABCD,PH底面ABCD,等边PCD的边长为2,2CD菱形ABCD的边长为2,又菱形的面积是32,32sin22ADC,23sinADC,又ADC是锐角,60ADC,ADC是等边三角形,CDAH,PA在平面AC上射影为HA,CDPA解:2ABCD/,由 1HACD,PACD,AHAB,PAABPAH是二面角DABP-的平面角,在RtPHA中360sin2AHPH,45PHA,即二面角DABP-的大小为453由 2在RtPHA中,可得6PA,在RtPAB中,6PA,2AB,10PB,66221PABS,在PDA中,
11、2DAPD,6PA,可得215PADS,在PCD中,2BCPC,10PB,可得215PBCS,又正PCD边长为 2,32432PCDS,3156321526侧S,3PH,23323131PHSV菱形讲明:抓线面垂直关系是解决立体几何咨询题的关键,非专门棱柱、棱锥的侧面积,往往要通过逐个运算每个侧面的面积相加而得到,这就需要分析每个侧面的具体特点,比如是否为矩形、直角三角形、等边三角形等能够举一个类似的例子,四棱锥ABCDV-的高为1,底面为菱形,侧面VDA和侧面VDC所成角为120,且都垂直于底面,另两侧面与底面都成45角,求棱锥的全面积那个地点由相交平面VDC与VDA都与底面垂直得到VD垂直
12、于底面,利用VD底面ABCD,一方面落实了棱锥的高为1VD,另一方面几个二面角的平面角都能方便地落实,四个侧面中,有两个是等腰三角形,有两个是直角三角形,通过运算可得,全面积为22332典型例题六例 6 三棱锥ABCP-中,PA、PB、PC与底面ABC所成角相等,90CAB,aPBABAC,D为BC中点,E点在PB上且/PC截面EAD,1求AE与底面ABC所成角;2求PC到平面EAD的距离分析:由PA、PB、PC与底面所成角相等可得P点在面ABC上射影为ABC的外心,由于ABC是直角三角形,能 够 得 到PD面ABC,/PC面EAD可 转 化 为DEPC/,E是PB中点,找出E到面ABC的垂线
13、落实EA与面ABC所成角C到面EAD的距离可从两方面得到,一方面直截了当找C到面EAD的垂线,另一方面,用等积法可求点到面的距离解:1PA、PB、PC与底面ABC成相等的角,设P在面ABC上射影为O,那么有PCOPBDPAO,PAOPBOPCO,PCPBPA且OCOBOA,O是ABC的外心ABC是直角三角形,且O是斜边BC的中点,O点和D点重合,即PD面ABC,/PC截面EAD,过PC的平面PBC与平面EAD交于ED,EDPC/,D是BC中点,E是PB中点,取BD中点F,那么PDEF/,EF平面ABC,EAF为EA与底面ABC所成角aPBPAAB,aAE23,aACAB且90BAC,aBC2又
14、aPCPB,BPC也是等腰直角三角形,aBCPD2221,aEF42,在RtAEF中,662342sinaaEAF,66arcsinEAF,即AE与平面ABC所成角为66arcsin2方法一:PD平面ABC,ADPD又BCAD,AD平面PBC,PBAD由 1PBC是直角三角形,90BPC,PCPB,PCED,EDPB,PB平面EADaABPB,aPE21即PC到平面EAD的距离为a21方法二:PDAD,BCAD,AD平面PBC,DEAD,又aBCAD2221,aPBDE2121282212221aaaSADE,24121aSSABCACD,aPDEF4221,设C到面EAD的距离为h,EFSh
15、SACDADE,aaha42418222ah21,即PC到平面EAD的距离为a21典型例题七例 7如下图,在三棱锥ABCS中,SA底面ABC,BCAB,DE垂直平分SC,且分不交AC、SC于D、E,又ABSA,BCSB求以BD为棱,以BDE和BDC为面的二面角的度数分析:从查找二面角的平面角入手二面角的平面角有时图形中没有给出,需要我们自己作出,有时平面角在图形中差不多存在,只需要将其找出来解:SA平面ABC,BD平面ABC,BDSADE是SC的垂直平分线,SCDE,且E是SC的中点又BCSB,SCBE又EDEBE,SC平面BDE,BDSC又SSASC,BD平面SAC,CDBD,DEBD从而E
16、DC为二面角CBDE的平面角设aSA,那么aABSA平面ABC,ABSA,ACSA,从而aSBBC2又BCAB,aAC3在SACRt中,333tanaaACSASCA,30SCA,又SCDE,60EDC因此所求的二面角的度数为60讲明:此题是通过三棱锥来考查直线与直线、直线与平面、二面角、解三角形等知识,并 考 查了 空间 想像 能力和逻 辑推 理能 力 解答此 题 的关 键是 认定EDC是 二面 角CBDE的平面角 这需要具有一定的观看能力和判定能力,而且要给出严格的证明学生专门可能发觉不了EDC即是所求二面角的平面角,自己再作二面角的平面角,使咨询题复杂化 此题所给条件较多,因此恰当地选择
17、所需条件进行论证和运算也是解决此题的一个难点典型例题八例8P是ABC所 在 平 面 外 的 一 点,PA、PB、PC两 两 垂 直,3PCPBPA求P到平面ABC的距离分析:利用三棱锥的性质、体积以及线面关系求解解法一:3PCPBPA,P在底面ABC内的射影O是ABC的外心又PA、PB、PC两两相互垂直,ABC是等边三角形,O是ABC的重心如图,在POA中,3PA,623233260sin32ABAO3)6(32222AOPAPO解法二:设P点到平面ABC的距离为hPA、PB、PC两两垂直,3PCPBPA,293332131PBCAV,23ACBCAB,329)23(432ABCS又ABCPP
18、BCAVV,h3293129,3hP到平面ABC的距离为3解法三:取BC的中点D,连PD、ADPCPB,ACAB,BCAD,BCPD,BC平面PAD,BC平面ABC,ABC.ABC平面于交作过平面平面平面平面POOADADPOPADPADABCPAD,PO确实是P到平面ABC的距离在PAD中,3PA,223PD,263232323ABAD又90APD,36232233sinADPDPAPADPAPO讲明:此题难度并不大然而那个地点所给出的三种方法专门典型方法一利用PCPBPA确定P在底面内射影为ABC的外心;方法二利用体积转化的方法;方法三利用面面垂直的性质定理进行垂足定位典型例题九例 9如下
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