0  293901  293909  293915  293919  293925  293927  293931  293937  293939  293945  293951  293955  293957  293961  293967  293969  293975  293979  293981  293985  293987  293991  293993  293995  293996  293997  293999  294000  294001  294003  294005  294009  294011  294015  294017  294021  294027  294029  294035  294039  294041  294045  294051  294057  294059  294065  294069  294071  294077  294081  294087  294095  447090 

9.12  球

●知识梳理

试题详情

2.理解多面体、正多面体、凸多面体的概念,熟悉五种正多面体.

●教师下载中心

教学点睛

学习本节要使学生理解多面体、正多面体的概念.

拓展题例

[例1] 正方体ABCD-A1B1C1D1中,异面直线CD1BC1所成的角是

A.60°             B.45°             C.90°             D.120°

解析:连结D1A1AC,知△ACD1是等边三角形,且D1ABC1,所以BC1CD1所成的角是60°.

答案:A

[例2] 边长为a的正三角形,要拼接成一个正三棱柱且不剩料,应如何设计?(在图中用虚线画出)

解:设O为△ABC的中心,连结OAOBOC,并设OAOBOC的中点分别为A1B1C1,过A1B1C1分别向三边作垂线,则所得三个矩形即为三个侧面,三个角上的小四边形拼在一起即为上底面.

[变式] △ABC若为一般三角形,又如何拼接?

[例3] 如图,在棱长为a的正方体ABCD-A1B1C1D1中,EF分别为棱A1B1B1C1的中点.

(1)求二面角B1-BF-E的大小.

(2)求点D到平面BEF的距离.

(3)能否在棱B1B上找到一点M,使DM⊥面BEF?若能,请确定点M的位置;若不能,请说明理由.

解:(1)过B1B1GBFG,连结EG,则由EB1⊥面B1BCC1,可知EGBF.

∴∠B1GE是二面角B1-BF-E的平面角.

在Rt△BB1F中,B1B=aB1F=

BF==a

B1G=== a.

在Rt△B1GE中,B1E=B1G=a

∴tan∠B1GE===.

∴∠B1GE=arctan.

故二面角B1-BF-E的大小为arctan.

(2)连结B1D1EF交于N

EFB1D1.又BB1EF

EF⊥面BB1D1D.又EFBEF

∴面BEF⊥面BB1D1D,且面BEF∩面BB1D1D=BN.

DDHBNH,则DH⊥面BEF.

DH的长即为点D到面BEF的距离.

在矩形BB1D1D中,

易证△BDH∽△NBB1

=DH===a.故点D到面BEF的距离为a.

(3)在平面BB1D1D中,延长DHBB1M,由(2),DH⊥面BEF

DM⊥面BEF.

由△BDM∽△B1BN,有=

BM===.

MBB1的中点.

故在棱BB1上可找到点M,使DM⊥面BEF,此时MBB1的中点.

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1.割补法是求多面体体积的常用方法.

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5.(2003年烟台诊断性测试)(B)正方体ABCD-A1B1C1D1的棱长为2,且ACBD交于点OE为棱DD1的中点,以A为原点,建立空间直角坐标系A-xyz,如图所示.

(1)求证:B1O⊥平面EAC

(2)若点FEA上且B1FAE,试求点F的坐标;

(3)求二面角B1-EA-C的正弦值.

(1)证明:由题设知下列各点的坐标:

A(0,0,0),B(2,0,0),C(2,2,0),D(0,2,0),E(0,2,1),B1(2,0,2).

由于O是正方形ABCD的中心,

O(1,1,0).

=(-1,1,-2),=(2,2,0),=(0,2,1).

·=(-1,1,-2)·(2,2,0)=-1·2+1·2-2·0=0,

·=(-1,1,-2)·(0,2,1)=-1·0+1·2-2·1=0.

.

B1O⊥平面ACE.

(2)解:设点F的坐标为F(0,yz),则 =(-2,yz-2),

·=(-2,yz-2)·(0,2,1)=2y+z-2=0.                    ①

又∵点FAE上,∴ =λ(λ∈R).

=(0,yz),

∴(0,yz)=λ(0,2,1)=(0,2λλ).

于是                                                         ②

由①②可得λ=y=z=

F(0,).

(3)解:∵B1O⊥平面EACB1FAE,连结OF,由三垂线定理的逆定理得OFAE

∴∠OFB1即为二面角B1-EA-C的平面角.

∵||==

=(-2,,-),

∴||==.

在Rt△B1OF中,sin∠B1FO==.

故二面角B1-EA-C的正弦值为.

●思悟小结

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4.(文)已知正方体ABCD-A1B1C1D1的棱长为2,OACBD的交点,MDD1的中点.

(1)求证:直线B1O⊥平面MAC

(2)求二面角B1-MA-C的大小.

(1)证明:∵BB1⊥平面ABCDOBAC

B1OAC.

连结MOMB1,则MO=B1O=MB1=3.

MO2+B1O2=MB12,∴∠MOB1=90°.

B1OMO.

MOAC=O,∴B1O⊥平面MAC.

(2)解:作ONAM于点N,连结B1N.

B1O⊥平面MAC,∴AM⊥平面B1ON.

B1NAM.

∴∠B1NO就是二面角B1-MA-C的平面角.

AM=CM=,∴AM=CM.

OAC的中点,∴OMAC.则ON=OAsin∠MAO== .

在Rt△B1ON中,tan∠B1NO==

∴∠B1NO=arctan,即所求二面角的大小为arctan.

说明:本题的两问是递进式的,第(1)问是为第(2)问作铺垫的.第(2)问中构造二面角的平面角的方法是典型的三垂线法.

(理)在边长为a的正方体ABCD-A1B1C1D1中,EF分别为ABC1D1的中点.

(1)求证:四边形A1ECF是菱形;

(2)求证:EF⊥平面A1B1C

(3)求A1B1与平面A1ECF所成角的正切值.

(1)证明:取A1B1的中点G,连结C1GGE.

A1GFC1A1G=FC1,∴A1GC1F是平行四边形.∴A1FC1G.同理C1GCE.∴A1FCE.由勾股定理算得A1E=A1F=CE=CF=a,∴四边形A1ECF是菱形.

(2)证明:连结C1B,∵EF分别为ABC1D1的中点,∴C1F=BE.又C1FBE

C1FEB为平行四边形.∴C1BEF.而C1BB1C,∴EFB1C.又四边形A1ECF是菱形,∴EFA1C.∴EF⊥面A1B1C.

(3)解:由(2)知,EF⊥平面A1B1C,又EF平面A1ECF,∴平面A1B1C⊥平面A1ECF.∴B1在平面A1ECF上的射影在线段A1C上.∴∠B1A1C就是A1B1与平面A1ECF所成的角.

A1B1B1C,在Rt△A1B1C中,tan∠B1A1C==.∴A1B1与平面A1ECF所成角的正切值为.

探究创新

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3.四面体的一条棱长是x,其他各条棱长为1.

(1)把四面体的体积V表示为x的函数f(x);

(2)求f(x)的值域;

(3)求f(x)的单调区间.

解:(1)设BC=x,则S到平面ABC的垂足O是△ABC的外心,连结AO并延长交BCD,则DBC的中点,且ADBC,求得AD=S=.

设△ABC的外接圆的半径为R,求得R=SO=

V=S·SO=(0<x).

(2)f(x)== =

∵0<x2<3,∴f(x)∈(0,).

(3)∵当x=时,f(x)取得最大值,

又∵0<x,∴f(x)的单调递增区间是(0,],递减区间是[).

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2.如图,在棱长为1的正方体ABCD-A1B1C1D1中,O为正方形ABCD的中心,EF分别为ABBC的中点,则异面直线C1OEF的距离为_____________.

答案:

培养能力

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1.每个顶点处棱都是3条的正多面体共有

A.2种             B.3种             C.4种             D.5种

解析:正多面体只有5种.

答案:B

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3.在正方体ABCD-A1B1C1D1中,MN分别是A1B1BB1的中点,则直线AMCN所成的角的余弦值是_____________.

解析:过NNPAMAB于点P,连结C1P,解三角形即可.

答案:

●典例剖析

[例1] 已知甲烷CH4的分子结构是中心一个碳原子,外围有4个氢原子(这4个氢原子构成一个正四面体的四个顶点).设中心碳原子到外围4个氢原子连成的四条线段两两组成的角为θ,则cosθ等于

A.-            B.             C.-            D.

解析:将正四面体嵌入正方体中,计算易得

cosθ==-(设正方体的棱长为2).

答案:A

[例2] 试求正八面体二面角的大小及其两条异面棱间的距离.

解:如图,设正八面体的棱长为4a,以中心O为原点,对角线DBACQPx轴、y

轴、z轴建立空间直角坐标系,则A(0,-2a,0)、B(2a,0,0)、C(0,2a,0)、P(0,0,2a),设EBC的中点,连结PEQEOE,则∠PEQ=2∠PEO即为所求二面角的平面角,∵OE=2aOP=2a,∴tan∠PEO=,∠PEQ=2arctan.设n=(xyz)是ABPC的公垂线的一个方向向量,则有n·=x+y=0,n·=yz=0,解得

n=(-1,1,1),所以向量=(-2a,2a,0)在n上的射影长d==即为所求.

特别提示

由于正多面体中的等量关系、垂直关系比较多,所以便于建立直角坐标系,运用解析法处理.要注意恰当选取坐标原点,一般取其中心或顶点(如正四棱柱).

[例3] 三个12×12 cm的正方形,如图,都被连结相邻两边中点的直线分成AB两片(如图(1)),把6片粘在一个正六边形的外面(如图(2)),然后折成多面体(如图(3)),求此多面体的体积.

解法一: 补成一个正方体,如图甲,V=V正方体­=×123=864 cm3.

甲          乙

解法二:补成一个三棱锥,如图乙,V=V大三棱锥-3V小三棱锥=864 cm3.

思考讨论

补形的方法可将不规则的几何体转化成规则的几何体,这是求多面体体积的常用方法.

●闯关训练

夯实基础

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2.正多面体只有_____________种,分别为________________.

答案:5  正四面体、正六面体、正八面体、正十二面体、正二十面体

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同步练习册答案