2021高考数学新高考版一轮习题:专题7 第60练 高考大题突破练——立体几何与 空间向量 Word版含解析

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2021高考数学新高考版一轮习题:专题7 第60练 高考大题突破练——立体几何与 空间向量 Word版含解析

‎1.(2019·四川三台中学月考)如图,在正四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,AA1=2AB=2,E为CC1的中点.‎ ‎(1)求证:A1E⊥平面BDE;‎ ‎(2)若F为棱BB1的中点,求直线A1F与平面BDE所成角的正弦值.‎ ‎2.如图,已知三棱柱ABC-A1B1C1的侧棱与底面垂直,AA1=AB=AC=2,AB⊥AC,M,N分别是CC1,BC的中点.‎ ‎(1)求异面直线AB1与BM所成角的余弦值;‎ ‎(2)求二面角C-AN-M的余弦值.‎ ‎3.(2020·重庆调研)如图,在四棱锥P-ABCD中,PA⊥平面ABCD,四边形ABCD为正方形,AP=AB=1,F,E分别是PB,PC的中点.‎ ‎(1)证明:PB⊥ED;‎ ‎(2)求平面ADEF与平面PCD所成锐二面角的值.‎ ‎4.(2019·天津一中模拟)如图,ABCD是边长为3的正方形,DE⊥平面ABCD,AF∥DE,DE=3AF,BE与平面ABCD所成的角为60°.‎ ‎(1)求证:AC⊥平面BDE;‎ ‎(2)求二面角F-BE-D的余弦值;‎ ‎(3)设点M在线段BD上,且AM∥平面BEF,求BM的长.‎ 答案精析 ‎1.(1)证明 以D为坐标原点,DA所在直线为x轴,DC所在直线为y轴,DD1所在直线为z轴,建立如图所示的空间直角坐标系.‎ 则有B(1,1,0),E(0,1,1),A1(1,0,2),C1(0,1,2),‎ ‎∴=(-1,1,-1),=(1,1,0),=(0,1,1),=(0,0,1),‎ ‎∵·=0,·=0,‎ ‎∴⊥,⊥,‎ 又∵DB∩DE=D,DB,DE⊂平面BDE,‎ ‎∴A1E⊥平面BDE.‎ ‎(2)解 由(1)知,平面BDE的法向量为=(-1,1,-1),‎ 易知F(1,1,1),=(0,1,-1),‎ 设直线A1F与平面BDE所成的角为θ,‎ 则sin θ=|cos〈,〉|==.‎ 故直线A1F与平面BDE所成角的正弦值为.‎ ‎2.解 (1)如图,以A为坐标原点,AB,AC,AA1所在直线分别为x,y,z轴建立空间直角坐标系,则B1(2,0,2),B(2,0,0),M(0,2,1),N(1,1,0),‎ ‎∴=(2,0,2),=(-2,2,1).‎ ‎∴cos〈,〉===-,‎ ‎∴异面直线AB1与BM所成角的余弦值为.‎ ‎(2)平面ANC的一个法向量为n=(0,0,1).‎ 设平面AMN的一个法向量为m=(x,y,z).‎ ‎∵=(0,2,1),=(1,1,0),‎ 由m·=0,m·=0得,‎ 不妨取x=1,则y=-1,z=2,‎ ‎∴m=(1,-1,2),‎ ‎∴cos〈m,n〉===,‎ ‎∴二面角C-AN-M的余弦值为.‎ ‎3.(1)证明 ∵PA⊥平面ABCD,∴PA⊥AD,‎ 又AD⊥AB,AB,PA⊂平面PAB,PA∩AB=A,‎ ‎∴AD⊥平面PAB,∴AD⊥PB,‎ 而等腰三角形PAB中有PB⊥AF,AD,AF⊂平面ADEF,AD∩AF=A,∴PB⊥平面ADEF,‎ 而ED⊂平面ADEF,∴PB⊥ED.‎ ‎(2)解 易知AB,AD,AP两两垂直,‎ 故分别以其所在直线为坐标轴建立空间直角坐标系A-xyz如图所示,‎ 则A(0,0,0),P(0,0,1),B(1,0,0),C(1,1,0),D(0,1,0),‎ 求得平面ADEF的一个法向量为m=(1,0,-1),‎ 平面PCD的一个法向量为n=(0,1,1),‎ ‎∴cos〈m,n〉=-,‎ ‎∴平面ADEF与平面PCD所成锐二面角为60°.‎ ‎4.(1)证明 因为DE⊥平面ABCD,所以DE⊥AC,‎ 因为ABCD是正方形,所以AC⊥BD,‎ 又BD∩DE=D,BD,DE⊂平面BDE,‎ 从而AC⊥平面BDE.‎ ‎(2)解 因为DA,DC,DE两两垂直,分别以其所在直线为坐标轴建立空间直角坐标系D-xyz如图所示.‎ 因为BE与平面ABCD所成的角为60°,即∠DBE=60°,‎ 所以=.‎ 由AD=3,DB=3可知DE=3,AF=,‎ 则A(3,0,0),F(3,0,),E(0,0,3),‎ B(3,3,0),C(0,3,0),‎ 所以=(0,-3,),=(3,0,-2),‎ 设平面BEF的法向量为n=(x,y,z),‎ 则即 令z=,则n=(4,2,),‎ 因为AC⊥平面BDE,所以为平面BDE的法向量,‎ =(3,-3,0),‎ 所以cos〈n,〉= ‎==.‎ 因为二面角为锐角,‎ 所以二面角F-BE-D的余弦值为.‎ ‎(3)解 点M是线段BD上一个动点,‎ 设M(t,t,0),则=(t-3,t,0)(0≤t≤3),‎ 因为AM∥平面BEF,所以·n=0,‎ 即4(t-3)+2t=0,解得t=2.‎ 此时,点M坐标为(2,2,0),BM=BD=,符合题意.‎
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