题目列表(包括答案和解析)

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16.如图所示,在正方体ABCDA1B1C1D1中,OM分别是BD1AA1的中点.

(1)求证:MO是异面直线AA1BD1的公垂线;

(2)求异面直线AA1BD1所成的角的余弦值;

(3)若正方体的棱长为a,求异面直线AA1BD1的距离.

解析:(1)证明:∵OBD1的中点,

O是正方体的中心,

OAOA1

MAA1的中点,

OM是线段AA1的垂直平分线,

OMAA1.

连结MD1BM,则可得MBMD1.

同理由点OBD1的中点知MOBD1

MO是异面直线AA1BD1的公垂线.

(2)由于AA1BB1

所以∠B1BD1就是异面直线AA1BD1所成的角.

在Rt△BB1D1中,设BB1=1,则BD1=,

所以cos∠B1BD1=,

故异面直线AA1BD1所成的角的余弦值等于.

(3)由(1)知,所求距离即为线段MO的长,

由于OAAC1aAM=,且OMAM,所以OMa.

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15.如图,在直三棱柱ABCA1B1C1中,ABBCB1Ba,∠ABC=90°,DE分别为BB1AC1的中点.

(1)求异面直线BB1AC1所成的角的正切值;

(2)证明:DE为异面直线BB1AC1的公垂线;

(3)求异面直线BB1AC1的距离.

解析:(1)由于直三棱柱ABCA1B1C1中,AA1BB1,所以∠A1AC1就是异面直线BB1AC1所成的角.

ABBCB1Ba,∠ABC=90°,

所以A1C1a,tan∠A1AC1=,

即异面直线BB1AC1所成的角的正切值为.

(2)证明:解法一:如图,在矩形ACC1A1中,过点EAA1的平行线MM1分别交ACA1C1于点MM1,连结BMB1M1,则BB1MM1.

DE分别是BB1MM1的中点,

可得DEBM.

在直三棱柱ABCA1B1C1中,

由条件ABBCBMAC

所以BM⊥平面ACC1A1

DE⊥平面ACC1A1,所以DEAC1DEBB1

DE为异面直线BB1AC1的公垂线.

解法二:如图,延长C1DCB交于点F,连结AF,由条件易证DC1F的中点,BCF的中点,又EAC1的中点,所以DEAF.

在△ACF中,由ABBCBFAFAC.

在直三棱柱ABCA1B1C1中,AA1⊥平面ABC

所以AFAA1,故AF⊥平面ACC1A1

DE⊥平面ACC1A1,所以DEAC1DEBB1

DE为异面直线BB1AC1的公垂线.

(3)由(2)知线段DE的长就是异面直线BB1AC1的距离,由于ABBCa,∠ABC=90°,

所以DEa.

反思归纳:两条异面直线的公垂线是指与两条异面直线既垂直又相交的直线,两条异面直线的公垂线是惟一的,两条异面直线的公垂线夹在两条异面直线之间的线段的长度就是两条异面直线的距离.证明一直线是某两条异面直线的公垂线,可以分别证明这条直线与两条异面直线垂直.本题的思路是证明这条直线与一个平面垂直,而这一平面与两条异面直线的位置关系是一条直线在平面内,另一条直线与这个平面平行.

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14.如下图所示,在棱长为1的正方体ABCDA1B1C1D1中,MAB的中点,NBB1的中点,O为面BCC1B1的中心.

(1)过O作一直线与AN交于P,与CM交于Q(只写作法,不必证明);

(2)求PQ的长(不必证明).

解析:(1)由ONAD知,ADON确定一个平面α.又OCM三点确定一个平面β(如下图所示).

∵三个平面αβABCD两两相交,有三条交线OPCMDA,其中交线DA与交线CM不平行且共面.

DACM必相交,记交点为Q.

OQαβ的交线.连结OQAN交于P,与CM交于Q

OPQ即为所作的直线.

(2)解三角形APQ可得PQ=.

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13.如图所示,正方体ABCDA1B1C1D1中,MN分别是A1B1B1C1的中点.问:

(1)AMCN是否是异面直线?说明理由;

(2)D1BCC1是否是异面直线?说明理由.

解析:(1)由于MN分别是A1B1B1C1的中点,可证明MNAC,因此AMCN不是异面直线.(2)由空间图形可感知D1BCC1为异面直线的可能性较大,判断的方法可用反证法.

探究拓展:解决这类开放型问题常用的方法有直接法(即由条件入手,经过推理、演算、变形等),如第(1)问,还有假设法,特例法,有时证明两直线异面用直线法较难说明问题,这时可用反证法,即假设两直线共面,由这个假设出发,来推证错误,从而否定假设,则两直线是异面的.

解:(1)不是异面直线.理由如下:

MN分别是A1B1B1C1的中点,∴MNA1C1.

又∵A1AD1D,而D1DC1C

A1AC1C,∴四边形A1ACC1为平行四边形.

A1AAC,得到MNAC

AMNC在同一个平面内,故AMCN不是异面直线.

(2)是异面直线.理由如下:

假设D1BCC1在同一个平面CC1D1内,

B∈平面CC1D1C∈平面CC1D1.

BC⊂平面CC1D1,这与在正方体中BC⊥平面CC1D1相矛盾,

∴假设不成立,故D1BCC1是异面直线.

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12.(2009·北京海淀一模)已知四面体PABC中,PAPBPC,且ABAC,∠BAC=90°,则异面直线PABC所成的角为________.

答案:90°

解析:如图,因为△ABC是直角三角形,所以点P在底面的射影一定落在Rt△ABC斜边的中点上,设为点M,连结PMAM.又因为ABAC,所以AMBC垂直,由三垂线定理可知PABC垂直,所以PABC所成的角为90°.

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11.设abc是空间的三条直线,下面给出四个命题:

①若abbc,则ac

②若ab是异面直线,bc是异面直线,则ac也是异面直线;

③若ab相交,bc相交,则ac也相交.

④若ab共面,bc共面,则ac也共面.

其中真命题的个数是________个.

答案:0

解析:∵abbc

ac可以相交、平行、异面,故①错;

又∵ab异面,bc异面,则ac异面、相交、平行,故②错;

ab相交,bc相交,则ac可以异面,故③错;

同理④错,故真命题个数为0个.

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10.如图,在正方体ABCDA1B1C1D1中,CC1中点为E,则AEBC1所在的两条直线的位置关系是________,它们所成的角的大小为________.

答案:异面 

解析:将所成角转化到△D1AE中用余弦定理来解.

AB=2,在△AD1E中,AD1=2,D1E=,AE=3,

cos∠D1AE===,

∴∠D1AE=.

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9.(2009·青岛质检)不重合的三条直线,若相交于一点,最多能确定________个平面;若相交于两点,最多能确定________个平面;若相交于三点,最多能确定________个平面.

答案:3 2 1

解析:三条直线相交于一点,最多可确定3个平面,如图(1);三条直线相交于两点,最多可确定2个平面,如图(2);三条直线相交于三点,最多可确定1个平面,如图(3).

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8.(2009·江西,9)如图所示,在四面体ABCD中,若截面PQMN是正方形,则在下列命题中,错误的为                                                ( )

A.ACBD

B.AC∥截面PQMN

C.ACBD

D.异面直线PMBD所成的角为45°

答案:C

解析:如右图∵MNPQ

MN∥面ABC

MNAC.同理BDQM.

MNQM

ACBD

A是对的;

ACMN,∴AC∥面PQMN,故B对;

BDQM,∴PMBD所成的角即为∠PMQ

PMBD成45°角,故D对.故选C.

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7.在正方体ABCD-A1B1C1D1中,点E1F1分别是线段A1B1A1C1的中点,则直线BE1AF1所成角的余弦值是                                              ( )

A.       B.    C.      D.

答案:A

解析:设棱长为1,取BC中点,连结OF1OA,则∠AF1O等于BE1AF1所成的角,可求得AOOF1

∴cos∠AF1O===,∴选A.

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