2018年高考數(shù)學(xué) 第八章 立體幾何 專題30 空間向量與立體幾何考場高招大全.doc

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1、專題30 空間向量與立體幾何考場高招1 利用空間向量解決平行與垂直問題的方法 1. 解讀高招設(shè)a,b兩直線的方向向量分別為a,b,平面,的對應(yīng)法向量為n,m. 關(guān)系平行垂直線線a=b(證明ab)ab=0(證明ab)線面an=0(證明a)a=n(證明a)面面n=m(證明)nm=0(證明)2.典例指引1(1) 1如圖,已知AB平面ACD,DE平面ACD,ACD為等邊三角形,AD=DE=2AB=2a,F為CD的中點(diǎn). (1)求證:AF平面BCE; (2)判斷平面BCE與平面CDE的位置關(guān)系,并證明你的結(jié)論. D.abc考場高招32運(yùn)用空間向量解決立體幾何問題的步驟 1.解讀高招步驟解讀建系根據(jù)題中的

2、幾何圖形的特征建立適當(dāng)?shù)目臻g直角坐標(biāo)系定坐標(biāo)確定點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)而求出有關(guān)向量的坐標(biāo)向量運(yùn)算進(jìn)行相關(guān)的空間向量的運(yùn)算翻譯將向量中的語言“翻譯”成相應(yīng)的立體幾何中的語言,完成幾何問題的求解溫馨提醒在建立空間直角坐標(biāo)系求點(diǎn)的坐標(biāo)時,要使盡可能多的點(diǎn)落在坐標(biāo)軸上,盡可能多的線段平行于坐標(biāo)軸,有直角的,把直角邊放在坐標(biāo)軸上2.典例指引2如圖,已知四棱臺ABCD-A1B1C1D1的上、下底面分別是邊長為3和6的正方形,A1A=6,且A1A底面ABCD,點(diǎn)P,Q分別在棱DD1,BC上. (1)若P是DD1的中點(diǎn),證明:AB1PQ. (2)若PQ平面ABB1A1,二面角P-QD-A的余弦值為 ,求四面體ADPQ的

3、體積. (2)由題設(shè)知,=(6,m-6,0),=(0,-3,6)是平面PQD內(nèi)的兩個不共線向量.設(shè)n1=(x,y,z)是平面PQD的一個法向量,則取y=6,得n1=(6-m,6,3).又平面AQD的一個法向量是n2=(0,0,1),所以cos=.而二面角P-QD-A的余弦值為,因此,解得m=4,或m=8(舍去),此時Q(6,4,0).設(shè)=(01),而=(0,-3,6),由此得點(diǎn)P(0,6-3,6),所以=(6,3-2,-6).因?yàn)镻Q平面ABB1A1,且平面ABB1A1的一個法向量是n3=(0,1,0),所以n3=0,即3-2=0,亦即=,從而P(0,4,4).于是,將四面體ADPQ視為以AD

4、Q為底面的三棱錐P-ADQ,則其高h(yuǎn)=4.故四面體ADPQ的體積V=SADQh=664=24 (2)如圖,過點(diǎn)P作PMA1A交AD于點(diǎn)M,則PM平面ABB1A1.因?yàn)锳1A平面ABCD,所以PM平面ABCD. 過點(diǎn)M作MNQD于點(diǎn)N,連接PN,則PNQD,PNM為二面角P-QD-A的平面角,所以cosPNM=,即,從而.連接MQ,由PQ平面ABB1A1及知,平面PQM平面ABB1A1,所以MQAB.又ABCD是正方形,所以ABQM為矩形,故MQ=AB=6.設(shè)MD=t,則MN=.過點(diǎn)D1作D1EA1A交AD于點(diǎn)E,則AA1D1E為矩形,所以D1E=A1A=6,AE=A1D1=3,因此ED=AD-

5、AE=3.于是=2,所以PM=2MD=2t. 再由,得,解得t=2,因此PM=4.故四面體ADPQ的體積V=SADQPM=664=24.3.親臨考場(2014重慶,理19)如圖,四棱錐P-ABCD中,底面是以O(shè)為中心的菱形,PO底面ABCD,AB=2,BAD=,M為BC上一點(diǎn),且BM=,MPAP.(1)求PO的長;(2)求二面角A-PM-C的正弦值. (2)由(1)知,.設(shè)平面APM的法向量為n1=(x1,y1,z1),平面PMC的法向量為n2=(x2,y2,z2),由n1=0,n1=0,得故可取n1=,由n2=0,n2=0,得故可取從而法向量n1,n2的夾角的余弦值為cos=-,故所求二面角

6、A-PM-C的正弦值為.考點(diǎn)69 利用空間向量求空間角 考場高招3 三法(定義法、間接法、向量法)搞定線面角 1.解讀高招方法解讀適合題型典例指引定義法利用面面垂直的性質(zhì)定理,得到線面垂直,進(jìn)而確定線面角中的垂足.明確斜線在平面內(nèi)的射影,即可確定線面角垂足位置易確定,順利找到線面角典例導(dǎo)引3(1)幾何法在構(gòu)成線面角的直角三角形中,可利用等體積法求解垂線段的長度h,而不必畫出線面角,利用sin =進(jìn)行求角垂足位置不易確定,線面角不好找典例導(dǎo)引3(2)方法一向量法借助直線的方向向量與平面的法向量所成的角求直線與平面所成的角.如圖所示,設(shè)l為平面的斜線,l=A,a為l的方向向量,n為平面的法向量,為

7、l與所成的角,則sin =|cos|=能夠順利建立空間直角坐標(biāo)系,各點(diǎn)坐標(biāo)容易確定典例導(dǎo)引3(2)方法二2.典例指引2(1) 3(1)在三棱錐P-ABC中,PA=PB=PC=12,ACB=30, AB=6,則PB與平面ABC所成角的余弦值為; (2)正三棱柱ABC-A1B1C1的所有棱長都相等,D是A1C1的中點(diǎn),則直線AD與平面B1DC所成角的正弦值為. (方法二:向量法)如圖,取AC的中點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn),建立空間直角坐標(biāo)系.設(shè)各棱長為2,則A(0,-1,0),D(0,0,2),C(0,1,0),B1(,0,2).設(shè)n=(x,y,z)為平面B1CD的法向量,則取n=(0,2,1).故cos=,即

8、所求角的正弦值為.3.親臨考場1.(2017課標(biāo),理19)如圖,四棱錐P-ABCD中,側(cè)面PAD為等邊三角形且垂直于底面ABCD,AB=BC= AD,BAD=ABC=90,E是PD的中點(diǎn). (1)證明:直線CE平面PAB; (2)點(diǎn)M在棱PC上,且直線BM與底面ABCD所成角為45,求二面角M-AB-D的余弦值. (2)由已知得BAAD,以A為坐標(biāo)原點(diǎn),的方向?yàn)閤軸正方向,|為單位長,建立如圖所示的空間直角坐標(biāo)系A(chǔ)-xyz,則A(0,0,0),B(1,0,0),C(1,1,0),P(0,1,),=(1,0,-),=( 1,0,0).設(shè)M(x,y,z)(0x1),則=(x-1,y,z),=(x,

9、y-1,z-).因?yàn)锽M與底面ABCD所成的角為45,而n=(0,0,1)是底面ABCD的法向量,所以|cos|=sin45,即(x-1)2+y2-z2=0.又M在棱PC上,設(shè)=,則考點(diǎn)70 立體幾何的綜合問題考場高招 4解決立體幾何中的折疊問題、最值問題的規(guī)律題型方法解讀典例指引折疊問題(1)解決與折疊有關(guān)的問題的關(guān)鍵是搞清折疊前后的變化量和不變量,一般情況下,折線同一側(cè)的,線段的長度是不變量,而位置關(guān)系往往會發(fā)生變化,抓住不變量是解決問題的突破口.(2)在解決問題時,要綜合考慮折疊前后的圖形,既要分析折疊后的圖形,也要分析折疊前的圖形典例導(dǎo)引5(1)最值問題求最值的途徑有很多,如利用代數(shù)知

10、識建立函數(shù)法、由常用不等式解不等式法等都是一些常用的求最值的方法;有時也可以利用共線求距離最值典例導(dǎo)引5(2)2.典例指引4已知長方形ABCD,AB=3,AD=4.現(xiàn)將長方形沿對角線BD折起,使AC=a,得到一個四面體A-BCD,如圖所示. (1)試問:在折疊的過程中,直線AB與CD能否垂直?若能,求出相應(yīng)a的值;若不能,請說明理由; (2)求四面體ABCD體積的最大值. 【解】 (1)直線AB與CD能夠垂直.因?yàn)锳BAD,若ABCD,ADCD=D,則AB平面ACD,從而ABAC.此時,a=,即當(dāng)a=時,ABCD.(2)因?yàn)锽CD的面積為定值,所以當(dāng)點(diǎn)A到平面BCD的距離最大,即當(dāng)平面ABD平

11、面BCD時,該四面體的體積最大.此時,過點(diǎn)A在平面ABD內(nèi)作AHBD,垂足為H,則AH平面BCD,AH就是該四面體的高.在ABD中,AH=,SBCD=34=6,此時VA-BCD=SBCDAH=,即為該四面體體積的最大值.3.親臨考場1. (2017課標(biāo),理16)如圖,圓形紙片的圓心為O,半徑為5 cm,該紙片上的等邊三角形ABC的中心為O.D,E,F為圓O上的點(diǎn),DBC,ECA,FAB分別是以BC,CA,AB為底邊的等腰三角形,沿虛線剪開后,分別以BC,CA,AB為折痕折起DBC,ECA,FAB,使得D,E,F重合,得到三棱錐.當(dāng)ABC的邊長變化時,所得三棱錐體積(單位:cm3)的最大值為.

12、所以三棱錐的體積V=SABCh=x2.令f(x)=25x4-10x5,x,則f(x)=100x3-50x4.令f(x)=0,可得x=2,則f(x)在(0,2)單調(diào)遞增,在單調(diào)遞減,所以f(x)max=f(2)=80.所以V=4,所以三棱錐體積的最大值為42.(2017課標(biāo),理16)a,b為空間中兩條互相垂直的直線,等腰直角三角形ABC的直角邊AC所在直線與a,b都垂直,斜邊AB以直線AC為旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn),有下列結(jié)論: 當(dāng)直線AB與a成60角時,AB與b成30角; 當(dāng)直線AB與a成60角時,AB與b成60角; 直線AB與a所成角的最小值為45; 直線AB與a所成角的最大值為60. 其中正確的是.(填寫所有正確結(jié)論的編號) 【答案】 14