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天天练27 空间点、线、面的位置关系
一、选择题
1.如图,正方体或四面体中,P,Q,R,S分别是所在棱的中点,则这四点不共面的是( )
答案:D
解析:A选项中,在正方体中,连接PS,QR,则PS∥QR,所以这四点共面;B选项中,在正方体中,连接PS,QR,则PS∥QR,所以这四点共面;C选项中,在四面体中,连接PS,QR,则PS∥QR,所以这四点共面;D选项中,在四面体中,连接PS,QR,则PS,QR异面,所以这四点不共面.故选D.
2.(2018·湛江调研)若直线l与平面α相交,则( )
A.平面α内存在直线与l异面
B.平面α内存在唯一一条直线与l平行
C.平面α内存在唯一一条直线与l垂直
D.平面α内的直线与l都相交
答案:A
解析:当直线l与平面α相交时,这条直线与该平面内任意一条不过交点的直线均为异面直线,故A正确;该平面内不存在与直线l平行的直线,故B错误;该平面内有无数条直线与直线l垂直,所以C错误,平面α内的直线与l可能异面,故D错误,故选A.
3.(2018·潍坊一模)如图,在三棱柱ABC-A1B1C1中,侧棱AA1⊥底面A1B1C1,底面三角形A1B1C1是正三角形,E是BC的中点,则下列叙述正确的是( )
A.CC1与B1E是异面直线
B.AC⊥平面ABB1A1
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C.AE⊥B1C1
D.A1C1∥平面AB1E
答案:C
解析:对于A,CC1与B1E均在侧面BCC1B1内,又两直线不平行,故相交,A错误;对于B,AC与平面ABB1A1所成的角为60°,所以AC不垂直于平面ABB1A1,故B错误;对于C,AE⊥BC,BC∥B1C1,所以AE⊥B1C1,故C正确;对于D,AC与平面AB1E有公共点A,AC∥A1C1,所以A1C1与平面AB1E相交,故D错误.
4.(2018·山西临汾三模)已知平面α及直线a,b,下列说法正确的是( )
A.若直线a,b与平面α所成角都是30°,则这两条直线平行
B.若直线a,b与平面α所成角都是30°,则这两条直线不可能垂直
C.若直线a,b平行,则这两条直线中至少有一条与平面α平行
D.若直线a,b垂直,则这两条直线与平面α不可能都垂直
答案:D
解析:若直线a,b与平面α所成角都是30°,则这两条直线不一定平行;若直线a,b与平面α所成角都是30°,则这两条直线可能垂直;若直线a,b平行,这两条直线可能都和平面α相交(不平行);若直线a,b垂直,则直线a,b不平行,而这两条直线与平面α都垂直等价于直线a,b平行,因此若直线a,b垂直,则这两条直线与平面α不可能都垂直.故选D.
5.已知m,n是两条不同的直线,α,β是两个不同的平面,给出下列命题:
①若m∥α,n∥β,且m∥n,则α∥β;
②若m∥α,α⊥β,则m⊥β;
③若m⊥α,n⊥β,且m⊥n,则α⊥β;
④若m∥α,m⊥β,则α⊥β.
其中正确命题的序号是( )
A.①④ B.②③
C.②④ D.③④
答案:D
解析:①α与β可能相交,m,n都与α,β的交线平行即可,故该命题错误;②当α⊥β,m∥α时,m⊂β也可能成立,故该命题错误;③当m⊥α,m⊥n时,n⊂α或n∥α,又n⊥β,所以α⊥β,故该命题正确;④显然该命题正确.综上,选D.
6.(2018·内蒙古赤峰二模)已知l,m,n为三条不同直线,α,β,
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γ为三个不同平面,则下列判断正确的是( )
A.若m∥α,n∥α,则m∥n
B.若m⊥α,n∥β,α⊥β,则m⊥n
C.若α∩β=l,m∥α,m∥β,则m∥l
D.若α∩β=m,α∩γ=n,l⊥m,l⊥n,则l⊥α
答案:C
解析:对于选项A,若m∥α,n∥α,则m与n可能平行,可能相交,也可能异面,故A错误.对于选项B,在正方体ABCD-A′B′C′D′中,设平面ABCD为平面α,平面CDD′C′为平面β,直线BB′为直线m,直线A′B为直线n,则m⊥α,n∥β,α⊥β,但直线n与m不垂直,故B错误.对于选项C,设过m的平面γ与α交于a,过m的平面θ与β交于b,∵m∥α,m⊂γ,α∩γ=a,∴m∥a,同理可得m∥b.∴a∥b.∵b⊂β,a⊄β,∴a∥β.∵α∩β=l,a⊂α,∴a∥l,∴l∥m.故C正确.对于选项D,在正方体ABCD-A′B′C′D′中,设平面ABCD为平面α,平面ABB′A′为平面β,平面CDD′C′为平面γ,则α∩β=AB,α∩γ=CD,BC⊥AB,BC⊥CD,但BC⊂平面ABCD,故D错误.故选C.
7.(2017·新课标全国卷Ⅱ,10)已知直三棱柱ABCA1B1C1中,∠ABC=120°,AB=2,BC=CC1=1,则异面直线AB1与BC1所成角的余弦值为( )
A. B.
C. D.
答案:C
解析:本题考查直棱柱的性质和异面直线所成的角.
将直三棱柱ABC-A1B1C1补形成直四棱柱ABCD-A1B1C1D1(如图),连接AD1,B1D1,则AD1∥BC1.
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则∠B1AD1为异面直线AB1与BC1所成的角(或其补角),易求得AB1=,BC1=AD1=,B1D1=.由余弦定理得cos∠B1AD1=.故选C.
8.(2018·陕西西安二模)下列命题正确的是( )
A.若直线l⊥平面α,直线l⊥平面β,则α∥β
B.若直线l∥平面α,直线l∥平面β,则α∥β
C.若两直线l1,l2与平面α所成的角相等,则l1∥l2
D.若直线l上两个不同的点A,B到平面α的距离相等,则l∥α
答案:A
解析:对于选项A,垂直于同一直线的两平面互相平行,故A正确;对于选项B,若直线l∥平面α,直线l∥平面β,则两平面可能相交或平行,故B错;对于选项C,若两直线l1,l2与平面α所成的角相等,则l1,l2可能相交、平行或异面,故C错;对于选项D,若直线l上两个不同的点A,B到平面α的距离相等,则直线l与平面α可能相交或者平行,故D错.故选A.
二、填空题
9.如右图,已知四边形ABCD为矩形,PA⊥平面ABCD,下列结论中正确的是________.(把正确结论的序号都填上)
①PD⊥CD;
②BD⊥平面PAO;
③PB⊥CB;
④BC∥平面PAD.
答案:①③④
解析:对于①,因为CD⊥AD,CD⊥PA,AD∩PA=A,所以CD⊥平面PAD,所以CD⊥PD,则①正确;
对于②,BD⊥PA,当BD⊥AO时,BD⊥平面PAO,但BD与AO不一定垂直,故②不正确;
对于③,因为CB⊥AB,CB⊥PA,AB∩PA=A,所以CB⊥平面PAB,所以CB⊥PB,则③正确;
对于④,因为BC∥AD,BC⊄平面PAD,AD⊂平面PAD,所以BC∥平面PAD,则④正确.故填①③④.
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10.如图所示,在三棱锥C-ABD中,E,F分别是AC和BD的中点.若CD=2AB=4,EF⊥AB,则EF与CD所成的角是______________.
答案:30°
解析:如图,取CB的中点G,连接EG,FG.则EG∥AB,FG∥CD,∴EF与CD所成的角为∠EFG.又∵EF⊥AB,
∴EF⊥EG.
在Rt△EFG中,EG=AB=1,FG=CD=2,
∴sin∠EFG=,∴∠EFG=30°,
∴EF与CD所成的角为30°.
11.(2018·日照一模)如图所示,ABCD-A1B1C1D1是长方体,O是B1D1的中点,直线A1C交平面AB1D1于点M,给出下列结论:
①A、M、O三点共线;②A、M、O、A1不共面;③A、M、C、O共面;④B、B1、O、M共面.
其中正确结论的序号为________.
答案:①③
解析:连接A1C1、AC,则A1C1∥AC,∴A1、C1、C、A四点共面,∴A1C⊂平面ACC1A1.∵M∈A1C,∴M∈平面ACC1A1,又M∈平面AB1D1,∴M在平面ACC1A1与平面AB1D1的交线上,同理O、A在平面ACC1A1与平面AB1D1的交线上,∴A、M、O三点共线,故①正确.由①易知②错误,③正确.易知OM与BB1为异面直线,故④
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错误.
三、解答题
12.如图所示,正方体ABCD-A1B1C1D1中,E、F分别是AB和AA1的中点.
求证:(1)E、C、D1、F四点共面;
(2)CE、D1F、DA三线共点.
证明:(1)如图所示,连接CD1、EF、A1B,
∵E、F分别是AB和AA1的中点,
∴FE∥A1B且EF=A1B.
∵A1D1綊BC,
∴四边形A1BCD1是平行四边形,
∴A1B∥D1C,∴FE∥D1C,
∴EF与CD1可确定一个平面,即E、C、D1、F四点共面.
(2)由(1)知EF∥CD1,且EF=CD1,
∴四边形CD1FE是梯形,
∴直线CE与D1F必相交,设交点为P,
则P∈CE⊂平面ABCD,
且P∈D1F⊂平面A1ADD1,
∴P∈平面ABCD且P∈平面A1ADD1.
又平面ABCD∩平面A1ADD1=AD,
∴P∈AD,∴CE、D1F、DA三线共点.
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