题目列表(包括答案和解析)

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578. 正方体ABCDA1B1C1D1中,若E、M、N分别是棱AB、BC及B1D1的中点,求异面直线DN与MC1所成的角。

解析:连NG、EM、EN、DE

∵ EMAC,NC1AC

∴ NC1EM

∴ NE∥MC1

∴ ∠DNE为异面直线DN与MC1所成的角

设AB=a,则DE=EN=GM=,DN=

△        DNE中,cos∠DNE=

∴ 异面直线DN与MC1所成的角为arccos.

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577. 长方体ABCD-A’B’C’D’中,AB=2,BC=BB’=1,M、N分别是AD和BC中点,求异面直线MN和BC’所成角的大小

解析:∵MN∥AC,AC∥A’C’,∴MN∥A’C’

∴ ∠BC’A’就是MN与BC’所成的角

△        BA’C中,BC’=,BA’=A’C’=

∴ cos∠BC’A’=

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576. M、N分别是空间四边形ABCD中AB、CD中点,求证:MN<(AD+BC)。

证明:取AC中点P,则MP=BC,NP=AD

∴ MN<MP+NP=(BC+AD)

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575. 长方体ABCD-A1B1C1D1中,AB=a,BC=b,AA1=c,求异面直线BD1和B1C所成角的余弦值。

解析:显然,通过平移在长方体的表面及内部不可能构造出一个BD1和B1C所成的角,但同时又为了使构造出的角便于计算,故可考虑补上一个与已知长方体相同的长方体DCEF-D1C1E1F1。具体作法是:延长A1D1,使A1D1=D1F1,延长B1C1至E1,使B1C1=C1E1,连E1F1,分别过E1、F1,作E1EC1C,F1FD1D,连EF,则长方体C1D1F1E-CDFE为所作长方体。

∵ BCD1F1

∴ BD1CF1

∴ ∠B1CF1就是异面直线BD1与B1C所成的角。

∵ BD2=a2+b2

∴ Rt△BDD1中,BD12=BD2+DD12=a2+b2+c2

∴ CF12=BD12=a2+b2+c2

∵ B1C2=b2+c2,B1F12=a2+4b2

∴ △B1CF1

  cos∠B1CF1=

(1)      当c>b时, cos∠B1CF1>0

 ∴ ∠B1CF1为锐角,∠B1CF1就是异面直线BD1和B1C所成的角

(2)      当c<b时,cos∠B1CF1<0

∴ ∠B1CF1是钝角

∴ π-∠B1CF1就是异面直线BD1和B1C所成的角

(3)      当c=b时,∠B1CF1=900

∴ BD1⊥B1C

法二:作异面直线所成角的过程,其实就是平移异面直线的过程。借助于三角形中位线的平行性,也可以达到平移的目的。

如图,分别取BC、BB1、B1D1的中点P、M、Q,连PM、MQ、PQ

则 MP∥B1C,MQ∥BD1

∴ ∠PMQ(或其补角)就是异面直线BD1与B1C所成的角

△        PMQ中,MP=B1C=

△        MQBD1=,PQ=

利用余弦定理可以得到与解法一同样的结果

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574. 空间四边形DABC中,P、Q为边CD上两个不同的点,M、N为AB上两个不同的点,连PM、QN,如图,问图中共有多少对异面直线?

解析:为使计算异面直线条数的过程中不出现重、漏的现象,可采用逐步添加的方法。首先考虑空间四边形DABC的四条边DA、AB、BC、CD连同对角线AC、BD,这六条线段可形成三对异面直线DA与BC,AB与CD,AC与BD。

其次添加线段PM,则除去与PM相交的CD、AB,又可新形成4对异面直线,即PM与DA、BC、AC、BD。

因QN与PM位置等同,当添上QN时,也同样新增4对异面直线。

最后注意到,PM与QN也是异面直线。

∴ 图中共有3+4+4+1=12(对)异面直线

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573. 四棱锥V-ABCD底面是边长为4的菱形,∠BAD=1200,VA⊥底面ABCD,VA=3,AC与BD交于O,(1)求点V到CD的距离;(2)求点V到BD的距离;(3)作OF⊥VC,垂足为F,证明OF是BD与VC的公垂线段;(4)求异面直线BD与VC间的距离。

解析:用三垂线定理作点到线的垂线

在平面ABCD内作AE⊥CD,E为垂足

∵ VA⊥平面ABCD

∴ AE为VE在平面ABCD上的射影

∴ VE⊥CD

∴ 线段VE长为点V到直线CD的距离

∵ ∠BAD=1200

∴ ∠ADC=600

∴ △ACD为正三角形

∴ E为CD中点,AE=

∴ VE=

  (2)∵ AO⊥BD

∴ 由三垂线定理VO⊥BD

∴ VO长度为V到直线BD距离

  VO=

  (3)只需证OF⊥BD

   ∵ BD⊥HC,BD⊥VA

   ∴ BD⊥平面VAC

   ∴ BD⊥OF

   ∴ OF为异面直线BD与VC的公垂线

  (4)求出OF长度即可

在Rt△VAC中

OC=AC=2,VC=

∴ OF=OC·sin∠ACF=OC·

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572. 斜三棱柱ABC-A1B1C1的底面△ABC中,AB=AC=10,BC=12,A1到A、B、C三点的距离都相等,且AA1=13,求斜三棱柱的侧面积。

解析:∵A1A=A1B=A1C

∴ 点A1在平面ABC上的射影为△ABC的外心,在∠BAC平分线AD上

∵ AB=AC

∴ AD⊥BC

∵ AD为A1A在平面ABC上的射影

∴ BC⊥AA1

∴ BC⊥BB1

∴ BB1C1C为矩形,S=BB1×BC=156

取AB中点E,连A1E

∵ A1A=A1B

∴ A1E⊥AB

∴ S=396

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571. 正三棱锥的侧棱等于10cm,侧面积等于144cm2,求棱锥的底面边长和斜高。

解析:设底面边长为a,斜高为h’

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590. 空间四边形ABCD中,P、Q、R分别AB、AD、CD 的中点,平面PQR交BC于S , 求证:四边形PQRS为平行四边形。

 证明:∵PQ为AB、AD中点  ∴PQ‖BD

 又PQ平面BCD ,BD平面BCD   ∴  PQ‖平面BCD

 又平面PQR∩平面BCD=RS , PQ平面RQR  ∴  PQ‖RS

 ∵R为DC中点,∴ S为BC中点,∴PQ   RS  ∴ PQRS 为平行四边形

评述:灵活运用线面平行的判定定理和性质定理,“线线平行 线面平行”是证平行关系的常用方法。

变式题:如图,在四面体ABCD中,截面EFGH是平行四边形.求证:AB∥平面EFG.

证明 ∵面EFGH是截面.∴点E,F,G,H分别在BC,BD,DA,AC上.∴EH 面ABC,GF 面ABD,由已知,EH∥GF.∴EH∥面ABD.又  ∵EH 面BAC,面ABC∩面ABD=AB∴EH∥AB.

∴AB∥面EFG.

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589. 已知直线a∥b,c∩a=A,c∩b=B。求证:a、b、c在同一平面内。

证明:∵a∥b

    ∴经过a、b可确定一个平面α

    ∵c∩a=A,∴A∈a,而aα

    ∴A∈α,同理B∈α

    则ABα,即c α

    ∴a、b、c在同一平面α内

点评:利用a∥b,可确定平面α,易证c α。若利用c∩a=A,也可确定平面α,但证bα就较困难。因此,选择恰当的点或线确定平面是非常重要的。

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