(浙江專版)2019版高考數(shù)學(xué)大一輪復(fù)習(xí) 第八章 立體幾何初步 第3節(jié) 空間點(diǎn)、直線、平面之間的位置關(guān)系學(xué)案 理
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1、 第3節(jié) 空間點(diǎn)、直線、平面之間的位置關(guān)系 最新考綱 1.理解空間直線、平面位置關(guān)系的定義;2.了解可以作為推理依據(jù)的公理和定理;3.能運(yùn)用公理、定理和已獲得的結(jié)論證明一些空間位置關(guān)系的簡單命題. 知 識(shí) 梳 理 1.平面的基本性質(zhì) (1)公理1:如果一條直線上的兩點(diǎn)在一個(gè)平面內(nèi),那么這條直線在此平面內(nèi). (2)公理2:過不在同一條直線上的三點(diǎn),有且只有一個(gè)平面. (3)公理3:如果兩個(gè)不重合的平面有一個(gè)公共點(diǎn),那么它們有且只有一條過該點(diǎn)的公共直線. 2.空間點(diǎn)、直線、平面之間的位置關(guān)系 直線與直線 直線與平面 平面與平面 平行關(guān)系 圖形語言 符
2、號(hào)語言 a∥b a∥α α∥β 相交關(guān)系 圖形語言 符號(hào)語言 a∩b=A a∩α=A α∩β=l 獨(dú)有關(guān)系 圖形語言 符號(hào)語言 a,b是異面直線 a?α 3.平行公理(公理4)和等角定理 平行公理:平行于同一條直線的兩條直線互相平行. 等角定理:空間中如果兩個(gè)角的兩邊分別對(duì)應(yīng)平行,那么這兩個(gè)角相等或互補(bǔ). 4.異面直線所成的角 (1)定義:設(shè)a,b是兩條異面直線,經(jīng)過空間任一點(diǎn)O作直線a′∥a,b′∥b,把a(bǔ)′與b′所成的銳角(或直角)叫做異面直線a與b所成的角(或夾角). (2)范圍:. [常用結(jié)論與微點(diǎn)提醒] 1.異面
3、直線易誤解為“分別在兩個(gè)不同平面內(nèi)的兩條直線為異面直線”,實(shí)質(zhì)上兩異面直線不能確定任何一個(gè)平面,因此異面直線既不平行,也不相交. 2.直線與平面的位置關(guān)系在判斷時(shí)最易忽視“線在面內(nèi)”. 3.兩異面直線所成的角歸結(jié)到一個(gè)三角形的內(nèi)角時(shí),容易忽視這個(gè)三角形的內(nèi)角可能等于兩異面直線所成的角,也可能等于其補(bǔ)角. 診 斷 自 測(cè) 1.思考辨析(在括號(hào)內(nèi)打“√”或“×”) (1)兩個(gè)平面α,β有一個(gè)公共點(diǎn)A,就說α,β相交于過A點(diǎn)的任意一條直線.( ) (2)兩兩相交的三條直線最多可以確定三個(gè)平面.( ) (3)如果兩個(gè)平面有三個(gè)公共點(diǎn),則這兩個(gè)平面重合.( ) (4)若直線a不平行
4、于平面α,且a?α,則α內(nèi)的所有直線與a異面.( ) 解析 (1)如果兩個(gè)不重合的平面有一個(gè)公共點(diǎn),那么它們有且只有一條過該點(diǎn)的公共直線,故錯(cuò)誤. (3)如果兩個(gè)平面有三個(gè)公共點(diǎn),則這兩個(gè)平面相交或重合,故錯(cuò)誤. (4)由于a不平行于平面α,且a?α,則a與平面α相交,故平面α內(nèi)有與a相交的直線,故錯(cuò)誤. 答案 (1)× (2)√ (3)× (4)× 2.(必修2P52B1(2)改編)如圖所示,在正方體ABCD-A1B1C1D1中,E,F(xiàn)分別是AB,AD的中點(diǎn),則異面直線B1C與EF所成的角的大小為( ) A.30° B.45° C.60° D.90° 解析 連接
5、B1D1,D1C,則B1D1∥EF,故∠D1B1C為所求的角. 又B1D1=B1C=D1C,∴∠D1B1C=60°. 答案 C 3.在下列命題中,不是公理的是( ) A.平行于同一個(gè)平面的兩個(gè)平面相互平行 B.過不在同一條直線上的三點(diǎn),有且只有一個(gè)平面 C.如果一條直線上的兩點(diǎn)在一個(gè)平面內(nèi),那么這條直線上所有的點(diǎn)都在此平面內(nèi) D.如果兩個(gè)不重合的平面有一個(gè)公共點(diǎn),那么它們有且只有一條過該點(diǎn)的公共直線 解析 選項(xiàng)A是面面平行的性質(zhì)定理,是由公理推證出來的. 答案 A 4.(2016·山東卷)已知直線a,b分別在兩個(gè)不同的平面α ,β內(nèi),則“直線a和直線b相交”是“平面α和平
6、面β相交”的( ) A.充分不必要條件 B.必要不充分條件 C.充要條件 D.既不充分也不必要條件 解析 由題意知a?α,b?β,若a,b相交,則a,b有公共點(diǎn),從而α,β有公共點(diǎn),可得出α,β相交;反之,若α,β相交,則a,b的位置關(guān)系可能為平行、相交或異面.因此“直線a和直線b相交”是“平面α和平面β相交”的充分不必要條件. 答案 A 5.若直線a⊥b,且直線a∥平面α,則直線b與平面α的位置關(guān)系是________. 答案 b與α相交或b∥α或b?α 6.如圖所示,平面α,β,γ兩兩相交,a,b,c為三條交線,且a∥b,則a與c的位置關(guān)系是________;b與c
7、的位置關(guān)系是________.
答案 a∥c b∥c
考點(diǎn)一 平面的基本性質(zhì)及應(yīng)用
【例1】 如圖所示,在正方體ABCD-A1B1C1D1中,E,F(xiàn)分別是AB,AA1的中點(diǎn).求證:
(1)E,C,D1,F(xiàn)四點(diǎn)共面;
(2)CE,D1F,DA三線共點(diǎn).
證明 (1)如圖,連接EF,CD1,A1B.∵E,F(xiàn)分別是AB,AA1的中點(diǎn),∴EF∥A1B.
又A1B∥CD1,∴EF∥CD1,
∴E,C,D1,F(xiàn)四點(diǎn)共面.
(2)∵EF∥CD1,EF 8、D1A1.
又平面ABCD∩平面ADD1A1=DA,∴P∈直線DA.∴CE,D1F,DA三線共點(diǎn).
規(guī)律方法 (1)證明線共面或點(diǎn)共面的常用方法
①直接法,證明直線平行或相交,從而證明線共面.
②納入平面法,先確定一個(gè)平面,再證明有關(guān)點(diǎn)、線在此平面內(nèi).
③輔助平面法,先證明有關(guān)的點(diǎn)、線確定平面α,再證明其余元素確定平面β,最后證明平面α,β重合.
(2)證明點(diǎn)共線問題的常用方法
①基本性質(zhì)法,一般轉(zhuǎn)化為證明這些點(diǎn)是某兩個(gè)平面的公共點(diǎn),再根據(jù)基本性質(zhì)3證明這些點(diǎn)都在這兩個(gè)平面的交線上.
②納入直線法,選擇其中兩點(diǎn)確定一條直線,然后證明其余點(diǎn)也在該直線上.
【訓(xùn)練1】 如圖所示, 9、四邊形ABEF和ABCD都是梯形,BC綉AD,BE綉FA,G,H分別為FA,F(xiàn)D的中點(diǎn).
(1)證明:四邊形BCHG是平行四邊形;
(2)C,D,F(xiàn),E四點(diǎn)是否共面?為什么?
(1)證明 由已知FG=GA,F(xiàn)H=HD,可得GH綉AD.又BC綉AD,∴GH綉B(tài)C,
∴四邊形BCHG為平行四邊形.
(2)解 ∵BE綉AF,G為FA的中點(diǎn),∴BE綉FG,
∴四邊形BEFG為平行四邊形,∴EF∥BG.
由(1)知BG綉CH,
∴EF∥CH,∴EF與CH共面.
又D∈FH,∴C,D,F(xiàn),E四點(diǎn)共面.
考點(diǎn)二 判斷空間兩直線的位置關(guān)系
【例2】 (1)(一題多解)若直線l1和l2 10、是異面直線,l1在平面α內(nèi),l2在平面β內(nèi),l是平面α與平面β的交線,則下列命題正確的是( )
A.l與l1,l2都不相交
B.l與l1,l2都相交
C.l至多與l1,l2中的一條相交
D.l至少與l1,l2中的一條相交
(2)(2017·嘉興七校聯(lián)考)如圖,G,H,M,N分別是正三棱柱的頂點(diǎn)或所在棱的中點(diǎn),則表示直線GH,MN是異面直線的圖形有________(填上所有正確答案的序號(hào)).
解析 (1)法一 由于l與直線l1,l2分別共面,故直線l與l1,l2要么都不相交,要么至少與l1,l2中的一條相交.
若l∥l1,l∥l2,則l1∥l2,這與l1,l2是異面直線矛盾. 11、
故l至少與l1,l2中的一條相交.
法二 如圖1,l1與l2是異面直線,l1與l平行,l2與l相交,故A,B不正確;如圖2,l1與l2是異面直線,l1,l2都與l相交,故C不正確.
(2)在圖①中,直線GH∥MN;
在圖②中,G,H,N三點(diǎn)共面,但M?平面GHN,N?GH,因此直線GH與MN異面;
在圖③中,連接QM,GM∥HN,因此GH與MN共面;
在圖④中,G,M,N共面,但H?平面GMN,G?MN,
因此GH與MN異面.
所以在圖②④中GH與MN異面.
答案 (1)D (2)②④
規(guī)律方法 (1)異面直線的判定方法
①反證法:先假設(shè)兩條直線不是異面直線,即兩條 12、直線平行或相交,由假設(shè)出發(fā),經(jīng)過嚴(yán)格的推理,導(dǎo)出矛盾,從而否定假設(shè),肯定兩條直線異面.
②定理:平面外一點(diǎn)A與平面內(nèi)一點(diǎn)B的連線和平面內(nèi)不經(jīng)過點(diǎn)B的直線是異面直線.
(2)點(diǎn)、線、面位置關(guān)系的判定,要注意幾何模型的選取,常借助正方體為模型,以正方體為主線直觀感知并認(rèn)識(shí)空間點(diǎn)、線、面的位置關(guān)系.
【訓(xùn)練2】 (1)如圖,在正方體ABCD-A1B1C1D1中,M,N分別是BC1,CD1的中點(diǎn),則下列判斷錯(cuò)誤的是( )
A.MN與CC1垂直
B.MN與AC垂直
C.MN與BD平行
D.MN與A1B1平行
(2)(2017·武漢調(diào)研)a,b,c表示不同的直線,M表示平面,給出四個(gè) 13、命題:①若a∥M,b∥M,則a∥b或a,b相交或a,b異面;②若b?M,a∥b,則a∥M;③若a⊥c,b⊥c,則a∥b;④若a⊥M,b⊥M,則a∥b.其中正確的為( )
A.①④ B.②③ C.③④ D.①②
解析 (1)如圖,連接C1D,
在△C1DB中,MN∥BD,故C正確;
∵CC1⊥平面ABCD,BD?平面ABCD,∴CC1⊥BD,
∴MN⊥CC1,故A正確;
∵AC⊥BD,MN∥BD,∴MN⊥AC,故B正確;
∵A1B1與BD異面,MN∥BD,
∴MN與A1B1不可能平行,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤.
(2)對(duì)于①,當(dāng)a∥M,b∥M時(shí),則a與b平行、相交或異面,①為真 14、命題.②中,b?M,a∥b,則a∥M或a?M,②為假命題.命題③中,a與b相交、平行或異面,③為假命題.由線面垂直的性質(zhì),命題④為真命題,所以①,④為真命題.
答案 (1)D (2)A
考點(diǎn)三 異面直線所成的角
【例3】 (1) (2017·浙江五校聯(lián)考)如圖所示,在正三棱柱ABC-A1B1C1中,D是AC的中點(diǎn),AA1∶AB=∶1,則異面直線AB1與BD所成的角為________.
(2)(2016·全國Ⅰ卷)平面α過正方體ABCD-A1B1C1D1的頂點(diǎn)A,α∥平面CB1D1,α∩平面ABCD=m,α∩平面ABB1A1=n,則m,n所成角的正弦值為( )
A. B. 15、 C. D.
解析 (1)取A1C1的中點(diǎn)E,連接B1E,ED,AE,
在Rt△AB1E中,∠AB1E為異面直線AB1與BD所成的角.
設(shè)AB=1,則A1A=,AB1=,B1E=,故∠AB1E=60°.
(2)根據(jù)平面與平面平行的性質(zhì),將m,n所成的角轉(zhuǎn)化為平面CB1D1與平面ABCD的交線及平面CB1D1與平面ABB1A1的交線所成的角.設(shè)平面CB1D1∩平面ABCD=m1.
∵平面α∥平面CB1D1,∴m1∥m.
又平面ABCD∥平面A1B1C1D1,
且平面CB1D1∩平面A1B1C1D1=B1D1,
∴B1D1∥m1,∴B1D1∥m.
∵平面ABB1A1∥ 16、平面DCC1D1,
且平面CB1D1∩平面DCC1D1=CD1,
同理可證CD1∥n.
因此直線m與n所成的角即直線B1D1與CD1所成的角.
在正方體ABCD-A1B1C1D1中,△CB1D1是正三角形,
故直線B1D1與CD1所成角為60°,其正弦值為.
答案 (1)60° (2)A
規(guī)律方法 (1)求異面直線所成的角常用方法是平移法,平移方法一般有三種類型:利用圖中已有的平行線平移;利用特殊點(diǎn)(線段的端點(diǎn)或中點(diǎn))作平行線平移;補(bǔ)形平移.
(2)求異面直線所成角的三個(gè)步驟
①作:通過作平行線,得到相交直線的夾角.
②證:證明相交直線夾角為異面直線所成的角.
③求:解三 17、角形,求出作出的角,如果求出的角是銳角或直角,則它就是要求的角,如果求出的角是鈍角,則它的補(bǔ)角才是要求的角.
【訓(xùn)練3】 (一題多解)(2017·全國Ⅱ卷)已知直三棱柱ABC-A1B1C1中,∠ABC=120°,AB=2,BC=CC1=1,則異面直線AB1與BC1所成角的余弦值為( )
A. B. C. D.
解析 法一 以B為原點(diǎn),建立如圖(1)所示的空間直角坐標(biāo)系.
圖(1) 圖(2)
則B(0,0,0),B1(0,0,1),C1(1,0,1).
又在△ABC中,∠ABC=120°,AB=2,則A(-1,,0).
所以=(1,- 18、,1),=(1,0,1),
則cos〈,〉=
===,
因此,異面直線AB1與BC1所成角的余弦值為.
法二 如圖(2),設(shè)M,N,P分別為AB,BB1,B1C1中點(diǎn),則PN∥BC1,MN∥AB1,
∴AB1與BC1所成的角是∠MNP或其補(bǔ)角.
∵AB=2,BC=CC1=1,
∴MN=AB1=,NP=BC1=.
取BC的中點(diǎn)Q,連接PQ,MQ,則可知△PQM為直角三角形,且PQ=1,MQ=AC,
在△ABC中,AC2=AB2+BC2-2AB·BC·cos∠ABC
=4+1-2×2×1×=7,AC=,
則MQ=,則△MQP中,MP==,
則△PMN中,cos∠PNM=
19、==-,
又異面直線所成角范圍為,則余弦值為.
答案 C
基礎(chǔ)鞏固題組
一、選擇題
1.l1,l2表示空間中的兩條直線,若p:l1,l2是異面直線;q:l1,l2不相交,則( )
A.p是q的充分條件,但不是q的必要條件
B.p是q的必要條件,但不是q的充分條件
C.p是q的充分必要條件
D.p既不是q的充分條件,也不是q的必要條件
解析 直線l1,l2是異面直線,一定有l(wèi)1與l2不相交,因此p是q的充分條件;若l1與l2不相交,那么l1與l2可能平行,也可能是異面直線,所以p不是q的必要條件.故選A.
答案 A
2.已知直線a和平面α,β,α∩β=l,a?α,a 20、?β,且a在α,β內(nèi)的射影分別為直線b和c,則直線b和c的位置關(guān)系是( )
A.相交或平行 B.相交或異面
C.平行或異面 D.相交、平行或異面
解析 依題意,直線b和c的位置關(guān)系可能是相交、平行或異面,選D.
答案 D
3.給出下列說法:①梯形的四個(gè)頂點(diǎn)共面;②三條平行直線共面;③有三個(gè)公共點(diǎn)的兩個(gè)平面重合;④三條直線兩兩相交,可以確定1個(gè)或3個(gè)平面.其中正確的序號(hào)是( )
A.① B.①④ C.②③ D.③④
解析 顯然命題①正確.
由于三棱柱的三條平行棱不共面,②錯(cuò).
命題③中,兩個(gè)平面重合或相交,③錯(cuò).
三條直線兩兩相交,可確定1個(gè)或3個(gè)平面 21、,則命題④正確.
答案 B
4.(2017·余姚統(tǒng)檢)a,b,c是兩兩不同的三條直線,下面四個(gè)命題中,真命題是( )
A.若直線a,b異面,b,c異面,則a,c異面
B.若直線a,b相交,b,c相交,則a,c相交
C.若a∥b,則a,b與c所成的角相等
D.若a⊥b,b⊥c,則a∥c
解析 若直線a,b異面,b,c異面,則a,c相交、平行或異面;若a,b相交,b,c相交,則a,c相交、平行或異面;若a⊥b,b⊥c,則a,c相交、平行或異面;由異面直線所成的角的定義知C正確.故選C.
答案 C
5.已知正方體ABCD-A1B1C1D1中,E,F(xiàn)分別為BB1,CC1的中點(diǎn),那么 22、異面直線AE與D1F所成角的余弦值為( )
A. B. C. D.
解析 連接DF,則AE∥DF,
∴∠D1FD為異面直線AE與D1F所成的角.
設(shè)正方體棱長為a,
則D1D=a,DF=a,D1F=a,
∴cos∠D1FD==.
答案 B
6.(2018·浙江“超級(jí)全能生”聯(lián)考)矩形ABCD中,AB=,BC=1,將△ABC與△ADC沿AC所在的直線進(jìn)行隨意翻折,在翻折過程中直線AD與直線BC成的角范圍(包含初始狀態(tài))為( )
A. B.
C. D.
解析 根據(jù)題意,初始狀態(tài),直線AD與直線BC成的角為0,當(dāng)BD=時(shí),AD⊥DB,AD⊥DC 23、,且DB∩DC=D,
所以AD⊥平面DBC,故AD⊥BC,
直線AD與BC成的角為,
所以在翻折過程中直線AD與直線BC成的角范圍(包含初始狀態(tài))為.
答案 C
二、填空題
7.(2017·金華調(diào)研)如圖,在正方體ABCD-A1B1C1D1中,M,N分別為棱C1D1,C1C的中點(diǎn),則:
(1)直線BN與MB1是________直線(填“相交”或“平行”或“異面”);
(2)直線MN與AC所成的角的大小為________.
解析 (1)M,B,B1三點(diǎn)共面,且在平面MBB1中,但N?平面MBB1,B?MB1,因此直線BN與MB1是異面直線;(2)連接D1C,因?yàn)镈1C∥MN 24、,所以直線MN與AC所成的角就是D1C與AC所成的角,且角為60°.
答案 (1)異面 (2)60°
8.(2018·杭州一模)如圖,△ABC是等腰直角三角形,AB=AC,∠BCD=90°,且BC=CD=3.將△ABC沿BC的邊翻折,設(shè)點(diǎn)A在平面BCD上的射影為點(diǎn)M,若點(diǎn)M在△BCD內(nèi)部(含邊界),則點(diǎn)M的軌跡的最大長度等于__________;在翻折過程中,當(dāng)點(diǎn)M位于線段BD上時(shí),直線AB和CD所成的角的余弦值等于__________.
解析 由題意可得點(diǎn)A的射影M的軌跡為△BCD的中位線,其長度為CD=;
當(dāng)點(diǎn)M位于線段BD上時(shí),AM⊥平面BCD,取BC中點(diǎn)為N,AC中點(diǎn)為P, 25、
∴∠MNP或其補(bǔ)角即為直線AB和CD所成的角,
則由中位線可得MN=CD=,PN=AB=,
又MP為Rt△AMC斜邊AC的中線,故MP=AC=,
∴在△MNP中,由余弦定理可得cos∠MNP==.
答案
9.如圖,正方體的底面與正四面體的底面在同一平面α上,且AB∥CD,則直線EF與正方體的六個(gè)面所在的平面相交的平面?zhèn)€數(shù)為________.
解析 取CD的中點(diǎn)H,連接EH,F(xiàn)H.在正四面體CDEF中,由于CD⊥EH,CD⊥HF,且EH∩FH=H,所以CD⊥平面EFH,所以AB⊥平面EFH,則平面EFH與正方體的左右兩側(cè)面平行,則EF也與之平行,與其余四個(gè)平面相交.
26、
答案 4
10.直三棱柱ABC-A1B1C1中,∠BCA=90°,M,N分別是A1B1,A1C1的中點(diǎn),BC=CA=CC1,則BM與AN所成角的余弦值為________.
解析 如圖所示,
取BC中點(diǎn)D,連接MN,ND,AD.
∵M(jìn),N分別是A1B1,A1C1的中點(diǎn),
∴MN綉B(tài)1C1.又BD綉B(tài)1C1,
∴MN綉B(tài)D,則四邊形BDNM為平行四邊形,因此ND∥BM,
∴∠AND為異面直線BM與AN所成的角(或其補(bǔ)角).
設(shè)BC=2,則BM=ND=,AN=,AD=,
在△ADN中,由余弦定理得
cos∠AND==.
故異面直線BM與AN所成角的余弦值為.
答案
27、三、解答題
11.如圖所示,正方體ABCD-A1B1C1D1中,M,N分別是A1B1,B1C1的中點(diǎn).問:
(1)AM和CN是否是異面直線?說明理由;
(2)D1B和CC1是否是異面直線?說明理由.
解 (1)AM,CN不是異面直線.理由:連接MN,A1C1,AC.
因?yàn)镸,N分別是A1B1,B1C1的中點(diǎn),所以MN∥A1C1.
又因?yàn)锳1A綉C1C,所以四邊形A1ACC1為平行四邊形,
所以A1C1∥AC,所以MN∥AC,
所以A,M,N,C在同一平面內(nèi),
故AM和CN不是異面直線.
(2)直線D1B和CC1是異面直線.
理由:因?yàn)锳BCD-A1B1C1D1是正 28、方體,所以B,C,C1,D1不共面.假設(shè)D1B與CC1不是異面直線,
則存在平面α,使D1B?平面α,CC1?平面α,
所以D1,B,C,C1∈α,
這與B,C,C1,D1不共面矛盾.所以假設(shè)不成立,
即D1B和CC1是異面直線.
12.(2018·湖州月考)如圖所示,在三棱錐P-ABC中,PA⊥底面ABC,D是PC的中點(diǎn).已知∠BAC=,AB=2,AC=2,PA=2.求:
(1)三棱錐P-ABC的體積;
(2)異面直線BC與AD所成角的余弦值.
解 (1)S△ABC=×2×2=2,
三棱錐P-ABC的體積為
V=S△ABC·PA=×2×2=.
(2)如圖,取PB的中 29、點(diǎn)E,連接DE,AE,則ED∥BC,所以∠ADE是異面直線BC與AD所成的角(或其補(bǔ)角).
在△ADE中,DE=2,AE=,AD=2,
cos∠ADE==.
故異面直線BC與AD所成角的余弦值為.
能力提升題組
13.以下四個(gè)命題中,
①不共面的四點(diǎn)中,其中任意三點(diǎn)不共線;
②若點(diǎn)A,B,C,D共面,點(diǎn)A,B,C,E共面,則點(diǎn)A,B,C,D,E共面;
③若直線a,b共面,直線a,c共面,則直線b,c共面;
④依次首尾相接的四條線段必共面.
正確命題的個(gè)數(shù)是( )
A.0 B.1 C.2 D.3
解析?、偌僭O(shè)其中有三點(diǎn)共線,則該直線和直線外的另一點(diǎn)確定一 30、個(gè)平面,這與四點(diǎn)不共面矛盾,故其中任意三點(diǎn)不共線,所以①正確.②從條件看出兩平面有三個(gè)公共點(diǎn)A,B,C,但是若A,B,C共線,則結(jié)論不正確;③不正確;④不正確,因?yàn)榇藭r(shí)所得的四邊形的四條邊可以不在一個(gè)平面上,如空間四邊形.
答案 B
14.若空間中四條兩兩不同的直線l1,l2,l3,l4,滿足l1⊥l2,l2⊥l3,l3⊥l4,則下列結(jié)論一定正確的是( )
A.l1⊥l4
B.l1∥l4
C.l1與l4既不垂直也不平行
D.l1與l4的位置關(guān)系不確定
解析 如圖,在長方體ABCD-A1B1C1D1中,記l1=DD1,l2=DC,l3=DA.若l4=AA1,滿足l1⊥l2,l2⊥ 31、l3,l3⊥l4,此時(shí)l1∥l4,可以排除選項(xiàng)A和C.
若取C1D為l4,則l1與l4相交;若取BA為l4,則l1與l4異面;取C1D1為l4,則l1與l4相交且垂直.
因此l1與l4的位置關(guān)系不能確定.
答案 D
15.如圖,正方形ACDE與等腰直角三角形ACB所在的平面互相垂直,且AC=BC=2,∠ACB=90°,F(xiàn),G分別是線段AE,BC的中點(diǎn),則AD與GF所成的角的余弦值為________.
解析 取DE的中點(diǎn)H,連接HF,GH.由題設(shè),HF綉AD.
∴∠GFH為異面直線AD與GF所成的角(或其補(bǔ)角).
在△GHF中,可求HF=,
GF=GH=,∴cos∠H 32、FG==.
答案
16.(2018·紹興一中測(cè)試)如圖,三棱錐A-BCD中,AB=AC=BD=CD=3,AD=BC=2,點(diǎn)M,N分別是AD,BC的中點(diǎn),求異面直線AN,CM所成的角的余弦值.
解 如圖所示,連接DN,取線段DN的中點(diǎn)K,連接MK,CK.
∵M(jìn)為AD的中點(diǎn),∴MK∥AN,
∴∠KMC為異面直線AN,CM所成的角(或其補(bǔ)角).
∵AB=AC=BD=CD=3,AD=BC=2,N為BC的中點(diǎn),由勾股定理求得AN=DN=CM=2,
∴MK=.
在Rt△CKN中,CK==.
在△CKM中,由余弦定理,得
cos∠KMC==.
故異面直線AN,CM所成角的余弦 33、值為.
17.如圖,在四棱錐O-ABCD中,底面ABCD是邊長為2的正方形,OA⊥底面ABCD,OA=2,M為OA的中點(diǎn).
(1)求四棱錐O-ABCD的體積;
(2)求異面直線OC與MD所成角的正切值.
解 (1)由已知可求得正方形ABCD的面積S=4,
所以四棱錐O-ABCD的體積
V=×4×2=.
(2)如圖,連接AC,設(shè)線段AC的中點(diǎn)為E,連接ME,DE,又M為OA中點(diǎn),∴ME∥OC,
則∠EMD(或其補(bǔ)角)為異面直線OC與MD所成的角,由已知可得DE=,EM=,MD=,
∵()2+()2=()2,
∴△DEM為直角三角形,
∴tan∠EMD===.
∴異面直線OC與MD所成角的正切值為.
19
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