突破2023年高考数学题型之2022年数学高考真题(全国通用)专题13 立体几何中的位置关系及截面问题(解析版).pdf
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1、专题1 3 立体几何中的位置关系及截面问题【高考真题】1.(2022.全国乙理)在正方体A BC D-AM G A中,E,尸分别为他,BC的中点,则()A.平面_L平面B.平面4 EFJ 平面4 5。C.平面与E F/平面AAC D.平 面&E F/平面4 G。1.答案 A 解析 在正方体48CD-A 8IG|中,A C LBD且J平面A 3 C D,又E F u平面A8CD,所以EFLDR,因为E,F分别为AB,8c的中点,所以E F|A C,所以E F L B Q,又8。口。9=。,所以 即,平面B D A,又E F u平面4即,所以平面玛EFJ平面BOR,故A正确;如图,以点。为原点,建
2、立空间直角坐标系,设A8=2,则片(2,2,2),E(2,1,0),以1,2,0),8(2,2,0),4(2,0,2),A(2,0,0),C(0,2,0),C,(0,2,2),则丽=(7,1,0),瓯=(OJ2),。月=(2,2,0),。4 =(2,0,2),菊=(0,0,2),/=(-2,2,0),福=(-2,2,0),成:*+1 ,可取而=(2,2,-1),同理可得平面BD的法向量为=(i,-i,-i),平面AC的法向量为石=(i,i,o)平面A G。的法向量为=(1,1-1),则 拓 后=2-2 +1 =1#0,所以平面B.E尸与平面A B D不垂直,故B错误;因为正与否不平行,所以平面
3、4E尸与平面A 4 C不平行,故C错误;因为正与否不平行,所以平面与E尸与平面A G。不平行,故D错误,故选A.1.直线 平面平行的判定及其性质(1)线面平行的判定定理:a a/p.(4 湎面平行的性质定理:a6,aH y=a,(C y=b a/h.平行问题的转化面面平行的判定线线线面平行的判定_陛面1面面平行的判定面面平行线面平行的性质Ijf行1面面平行的性质平行面面平行的性质 利用线线平行、线面平行、面面平行的相互转化解决平行关系的判定问题时,一般遵循从“低维”到“高维”的 转 化,即 从“线线平行”到“线面平行”,再到“面面平行”;而应用性质定理时,其 顺 序 正 好 相 反.在 实 际
4、 的 解 题 过 程 中,判定定理和性质定理一般要相互结合,灵活运用.平行关系的基础是线线平行,证明线线平行常用的方法:一是利用平行公理,即证两直线同时和第三条直线平行;二是利用平行四边形进行平行转换:三是利用三角形的中位线定理证线线平行;四是利用线段的比例关系证明线线平行;五是利用线面平行、面面平行的性质定理进行平行转换.2.直线、平面垂直的判定及其性质线面垂直的判定定理:mca,nc:a,mC n=P,I V m,(2)线面垂直的性质定理:a_L a,b a=a/b.(3)面面垂直的判定定理:au 夕,aJ _a=aJ j?.(4)面面垂直的性质定理:a_L 夕,aC i/3 l,c a,
5、a_L/=aJ L .垂直问题的转化面面垂直的判定r zzr i线 线|线面垂直的判定j线面 面面垂直的判定j面面垂 直”线面垂直的,藕 垂 直 ,面面垂直的性质垂直_ _ _ r曲面垂直的性质 在空间垂直关系中,线面垂直是核心,已知线面垂直,既可为证明线线垂直提供依据,又可为利用判定定理证明面面垂直作好铺垫.应用面面垂直的性质定理时,一般需作辅助线,基本作法是过其中一个平面内一点作交线的垂线,从而把面面垂直问题转化为线面垂直问题,进而可转化为线线垂直问题.垂直关系的基础是线线垂直,证明线线垂直常用的方法:一是利用等腰三角形底边中线即高线的性质;二是利用勾股定理;三是利用线面垂直的性质:即要证
6、两线垂直,只需证明一线垂直于另一线所在的平面即可,/J _a,n u a=/J _a.3.确定截面的主要依据用一个平面去截几何体,此平面与几何体的交集叫做这个几何体的截面,利用平面的性质确定截面形状是解决截面问题的关键.(1)平面的四个公理及推论.(2)直线和平面平行的判定和性质.(3)两个平面平行的性质.(4)球的截面的性质.【题型突破】题型一简单位置关系的判断1.(2 0 2 0 浙江)已知空间中不过同一点的三条 直 线m,n,I,贝 U ”机,n,I在同一平面”是“m,n,I两两相交”的()A.充 分 不必要条件B.必要 不 充 分 条 件 C.充分必要条件 D.既不充分也不必要条件1.
7、答 案 B解 析 依题意切,n,/是空间中不过同一点的三条直线,当,小 n,/在同一平面时,可能有m/n/1,故不能得出m,n,/两 两 相 交.当 n,/两两相交时,设 znn=A,nClC,则m,确定一个平面a,而 BG?ua,CG u a,所以直线8 c 即/u a,所以?,n,/在同一平面.综上所述,”?,/在同一平面 是 切,/两两相交”的必要不充分条件.故选B.2.(2019全国H)设 a,为两个平面,则 a 4 的充要条件是()A.a 内有无数条直线与夕平行 B.a 内有两条相交直线与平行C.a,“平行于同一条直线 D.a,“垂直于同一平面2.答 案 B 解析 若 a/,则 a
8、内有无数条直线与夕平行,反之则不成立;若 a,夕平行于同一条直线,则 a 与A 可以平行也可以相交;若 a,夕垂直于同一个平面,则 a 与夕可以平行也可以相交,故 A,C,D 中条件均不是a 夕的充要条件.根据平面与平面平行的判定定理知,若一个平面内有两条相交直线与另一个平面平行,则两平面平行,反之也成立.因此,B 中条件是a。的充要条件.故选B.3.已知a,夕表示两个不同平面,a,力表示两条不同直线,对于下列两个命题:若bua,a a,则“a 加 是Z a”的充分不必要条件;若“ua,b u a,则“a,是a少月 夕 的充要条件.判断正确的是()A.都是真命题 B.是真命题,是假命题C.是假
9、命题,是真命题 D.都是假命题3.答 案 B解 析 若 6ua,a,所以EO_L平面ABCD 设正方形ABC。的边长为2,则 E O=S,O N=,所以/=:02+0乃=4,得E N=2.过 M 作 C的垂线,垂足为P,连接BP,则M P=,C P=W,所以8 =产+期 2=(坐)+俳+22=7,得B M=/,所以BM丰EN.连接 80,B E,因为四边形A8CO为正方形,所以N 为 8。的中点,即 EN,MB均在平面BDE内,所以直线8例,EN是相交直线.()1 2.(多选)在正方体ABCD-ABiCtD中,下列直线或平面与平面ACD平行的是A.直线ABB.直线38C.平面AQGD.平面A|
10、B G 12.答 案 AD解析 如图,由4 3iC,且A由仁平面4C 2,QiCu平面4 C A,故直线4 山 与平面ACQ 平行,故 A 正确;直线B8i)A,与平面4 c A 相交,故直线8囱 与平面4 c A 相交,故B 错误;显 然 平 面 与 平 面 AC。相交,故 C 错误;由4C4 G,且 4 8 n A iC i=4,ACA)iC=C,故平面4 8 c l 与平面AC。平行,故 D 正 确.故 选 AD.13.(2017 全国I)如图,在下列四个正方体中,A,B 为正方体的两个顶点,M,N,。为所在楼的中点,则在这四个正方体中,直线AB与平面MNQ不平行的是()作如图所示的辅助
11、线,其中。为8 c 的中点,则.QDn平面=Q,六。/)与平面MNQ相交,直线A 8与平面MNQ相 交.B 项,作如图所示的辅助线,则 48/CD,CD/MQ,J.A B/M Q,又 ABC平面 MN。,MQu平面 MVQ,平面 MNQ.C 项,作如图所示的辅助线,则 A8C。,CD/MQ,C.A B/M Q,又ABU平面MNQ,MQu平面MNQ,/平面MNQ.D 项,作如图所示的辅助线,则A8C,CD/NQ,C.AB/NQ,又ABC平面MNQ,NQu平面MNQ,;.A8平面M N Q.故选A._ _=B已知点E,产分别是正方体 ABC。一AIBIGOI的棱AB,A 4i的中点,点 M,N 分
12、 别 是 线 段 与 C|F上的点,则满足与平面ABC。平 行 的直线班有()D.无数条1 4.答案 D 解析 如图所示,作平面KSHG平面ABC。,GF,D iE交平面KSHG于点、N,M,连接M N,由面面平行的性质得MN平面ABCD,由于平面KSHG有无数多个,所以平行于平面ABCD的 有 无 数 多 条,故选D.1 5.如图所示,在正方体ABCOA/iC Q i中,点 O,M,N 分别是线段BZ),DD,A G 的中点,则直线0M 与 AC,MN的位置关系是()A.与 AC,MN均垂直B.与 AC垂直,与 A/N不垂直C.与 AC不垂直,与 MN垂直 D.与 AC,MN均不垂直15.答
13、案 A 解析 因为平面A B C/),所以A C L O O i,又因为ACL8O,DDn B D=D,所以AC_L平面BDDxBx,因为OMu平面B D D B,所以O M LAC.设正方体的棱长为2,则 0 知=。1+2=小,M N=q】+l=0 N=W+4=小,所以 0M+M粘=O用,所以 OM_LMN.故选 A.16.如图,出,圆。所在的平面,AB是圆。的直径,C 是圆。上的一点,E,F 分别是点A 在 P8,PC上的射影,给出下列结论:AFA.PB-,EFLPB-,AF_LBC;AE_L平面 P8C.其中正确结论的序号是16.答 案 解析由题意知 B4_L平面 ABC,:.PABC.
14、X A C B C,且 用 CMC=A,PA,ACu平面 B4C,.,.8C_L平面以C,:.BCLAF.,JA F L P C,且 8CnPC=C,BC,PCu平面 P8C,:.AF_L平面 P8C,:.AFPB,X AELPB,AEOAF=A,AE,AFu平面 AEF,AEF,:.PB1E F.故(正确.17.如图,AB是圆锥S。的底面圆。的直径,。是圆0 上异于A,3 的任意一点,以A 0 为直径的圆与sA。的另一个交点为C,P 为 5。的中点.现给出以下结论:SAC为直角三角形;平面SA。,平面SBQ;平面B4B必与圆锥SO的某条母线平行.其 中 正 确 结 论 的 序 号 是(写出所
15、有正确结论的序号).1 7.答案 解析 如图,连接OC,底面圆0,,SO,AC,C 在以A 0 为直径的圆上,;.ACJ_OC,:o c n s o=o,.AC_L平面SOC,A C L 5C,即ASAC为直角三角形,故正确;假设平面SA。1.平面S B D,在平面SAD 中过点A 作 A H LSD 交 SD 于点H,则AH1.平面SBD,J.A H L B D,又 BDLAD,平面 SAO,X CO/BD,.C。!.平面 SAO,:.C O L S C,又在ASOC 中,5 0 1 O C,在一个三角形内不可能有两个直角,故平面SAOJ_平面58。不成立,故错误;连接。并延长交圆O于点E,
16、连接PO,SE,.?为 5。的中点,。为E 0 的中点,是ASOE的中位线,.PO/SE,即 SE平面以B,即平面R W 必与圆锥SO 的母线SE平行.故正确.故正确是.1 8.如图所示,直线以垂直于。所在的平面,ABC内接于。0,且为。0的直径,点 M 为线段PB的中点.现有结论:8cJ_PC;0M 平面APC;点B 到平面PAC的距离等于线段BC 的长.其中正确的是()B.C.D.1 8.答案 B 解析 对于,平面A B C,,%_L8C,为。的直径,;ACn以=4,.BCL平 面 a i C,又 PCu平面见C,A B C IPC;对于,点 例为线 段 08 的中点,;.0M以,:物u平
17、面以C,平面H C,.OM平面B4C;对于,由知BCJ_平面B4C,.,.线段B C的长即是点B 到平面 以 C 的距离,故都正确.1 9.(多选)已知四棱台A8CO-A山的上、下底面均为正方形,其 中 AB=2p,AiB尸 巾,A4,=BBi=C G=2,则下列叙述中正确的是()A.该四棱台的高为小 B.AAxVCCxC.该四棱台的表面积为26 D.该四棱台外接球的表面积为16兀19.答案 AD 解 析 由棱台的性质,画出切割前的四棱锥,如图所示.由于A B=2 g,A B=小,可知ASAiBi与ASAB的相似比为1 :2,贝!|SA=2AA|=4,A O=2,则 S0=2小,则。=小,故该
18、四棱台的高为小,A 正确;因为SA=SC=A C=4,则 A A 与 C G 的夹角为60。,不垂直,B 错误;该四棱台的表面积为S=S +S*.+SM=2 +8+4X(娘乂 年=1 0+附,C 错误;由于上、下底面都是正方形,则四棱台外接球的球心在0。1上,在平面8 出0 0 1 中,由于。|=5,8。I =1,则 0 5=2=0 8,即点。到点3 与点B i的距离相等,则四棱台外接球的半径r=O B=2,故该四棱台外接球的表面积为16兀,D 正 确.故 选 AD.20.(多选)如图,在以下四个正方体中,直线AB与平面CDE垂直的是()2 0.答 案 B D 解 析 在 A 中,AB与 C
19、E的夹角为45。,所以直线AB与平面C 0E 不垂直,故不符合题意;在 B 中,ABLCE,AB1,DE,CEH D E=E,所以AB_L平 面 C D E,故符合题意;在 C 中,A 8 与E C 的夹角为60。,所以直线AB与平面CDE不垂直,故不符合题意;在 D 中,ABDE,ABVCE,DECCE=E,所以AB_L平面C Q E,故符合题意.故选BD.题型三较难位置关系的判断(2)2 1.将正方体的纸盒展开如图,直线AB,CO在原正方体的位置关系是()B.垂直 C.相交成60。角D.异面且成60。角2 1.答案 D 解 析 如图,直线A8,CD异 面.因 为 CE/1 8,所以NEC。
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