第9讲 立体几何的综合问题
1.设α,β,γ是三个不同的平面,m,n是两条不同的直线,在命题“α∩β=m,n⊂γ,且 ,则m∥n”中的横线处填入下列三组条件中的一组,使该命题为真命题.
①α∥γ,n⊂β;②m∥γ,n∥β;③n∥β,m⊂γ.
可以填入的条件有 .
2.(2017江苏南京一中质检)设l是一条直线,α,β,γ是不同的平面,则在下面命题中,假命题是 .
①如果α⊥β,那么α内一定存在直线平行于β;
②如果α不垂直于β,那么α内一定不存在直线垂直于β;
③如果α⊥γ,β⊥γ,α∩β=l,那么l⊥γ;
④如果α⊥β,l与α,β都相交,那么l与α,β所成的角互余.
3.以等腰直角三角形ABC的斜边BC上的高AD为折痕,把△ABD和△ACD折成互相垂直的两个平面后,某学生得出下列四个结论:
①BD⊥AC;
②△BAC是等边三角形;
③三棱锥D-ABC是正三棱锥;
④平面ADC⊥平面ABC.
其中正确的是 .
4.将一个真命题中的“平面”换成“直线”,“直线”换成“平面”后仍是真命题,则该命题称为“可换命题”.给出下列四个命题:①垂直于同一平面的两直线平行;②垂直于同一平面的两平面平行;③平行于同一直线的两直线平行;④平行于同一平面的两直线平行.其中是“可换命题”的是 .
5.(2017江苏兴化中学调研)如图,在四面体A-BCD中,AD=BD,∠ABC=90°,点E,F分别为棱AB,AC上的点,点G为棱AD的中点,且平面EFG∥平面BCD.
(1)求EFBC;
(2)求证:平面EFD⊥平面ABC.
5
6.(2017江苏运河中学月考)如图,已知四棱锥P-ABCD中,底面ABCD为菱形,∠BAD=60°,Q为AD的中点.
(1)若PA=PD,求证:平面PQB⊥平面PAD;
(2)点M在线段PC上,PM=tPC,试确定t的值,使PA∥平面MQB.
7.(2017江苏楚州中学月考)在正三棱柱ABC-A1B1C1中,点D是BC的中点,BC=BB1.
(1)求证:A1C∥平面AB1D;
(2)试在棱CC1上找一点M,使MB⊥AB1.
5
答案精解精析
1.答案 ①或③
解析 由面面平行的性质定理可知,①正确;当n∥β,m⊂γ时,因为n和m在同一平面内,且没有公共点,所以m∥n,故③正确.
2.答案 ④
解析 ①如果α⊥β,那么α与β一定相交,所以在α内一定存在直线平行于β,正确;
②如果α不垂直于β,α,β又不同,那么α与β相交不垂直或者平行,所以α内一定不存在直线垂直于β,正确;
③如果α⊥γ,β⊥γ,α∩β=l,根据面面垂直的性质定理以及线面垂直的判定定理和性质定理,可以得到l⊥γ,正确;
④如果α⊥β,l与α,β都相交,当l与α,β的交线垂直时,l与α,β所成的角互余;当直线l与α,β的交线不垂直时,l与α,β所成的角不互余,错误.综上,填④.
3.答案 ①②③
解析 由题意知,BD⊥平面ADC,故BD⊥AC,①正确;由AD为等腰直角三角形ABC斜边BC上的高,平面ABD⊥平面ACD,易知,AB=AC=BC,所以△BAC是等边三角形,②正确;易知DA=DB=DC,又△BAC为等边三角形,则③正确;不能得出平面ADC⊥平面ABC,④错.
4.答案 ①③
解析 由线面垂直的性质定理可知①是真命题,且垂直于同一直线的两平面平行也是真命题,故①是“可换命题”;因为垂直于同一平面的两平面可能平行或相交,所以②是假命题,不是“可换命题”;显然,③是真命题,且平行于同一平面的两平面平行也是真命题,故③是“可换命题”;因为平行于同一平面的两条直线可能平行、相交或异面,故④是假命题,不是“可换命题”.综上,填①③.
5.解析 (1)因为平面EFG∥平面BCD,
平面ABD∩平面EFG=EG,平面ABD∩平面BCD=BD,
所以EG∥BD.
又G为AD的中点,
所以E为AB的中点,
同理可得,F为AC的中点,
所以EFBC=12.
(2)证明:因为AD=BD,
5
由(1)知,E为AB的中点,
所以AB⊥DE.
又∠ABC=90°,即AB⊥BC,
由(1)知,EF∥BC,所以AB⊥EF.
又DE∩EF=E,DE,EF⊂平面EFD,
所以AB⊥平面EFD,又AB⊂平面ABC,
故平面EFD⊥平面ABC.
6.解析 (1)证明:连接BD.
∵四边形ABCD是菱形,∠BAD=60°,
∴△ABD为正三角形,∴AD⊥BQ.
∵PA=PD,Q为AD的中点,∴AD⊥PQ.
又BQ∩PQ=Q,∴AD⊥平面PQB.
∵AD⊂平面PAD,∴平面PQB⊥平面PAD.
(2)当t=13时,PA∥平面MQB.理由如下:
连接AC,交BQ于N,连接MN.
由AQ∥BC可得,△ANQ∽△CNB,∴AQBC=ANNC=12.
∵PA∥平面MQB,PA⊂平面PAC,平面PAC∩平面MQB=MN,
∴PA∥MN,∴PMPC=ANAC=13,即PM=13PC,∴t=13.
7.解析 (1)证明:连接A1B,交AB1于点O,连接OD.
∵O、D分别是A1B、BC的中点,
∴A1C∥OD.
∵A1C⊄平面AB1D,OD⊂平面AB1D,
∴A1C∥平面AB1D.
5
(2)M为CC1的中点.证明如下:
∵在正三棱柱ABC-A1B1C1中,BC=BB1,
∴四边形BCC1B1是正方形.
由M为CC1的中点,D是BC的中点,易证△B1BD≌△BCM,
∴∠BB1D=∠CBM.
又∵∠BB1D+∠BDB1=π2,∴∠CBM+∠BDB1=π2,∴BM⊥B1D.
∵△ABC是正三角形,D是BC的中点,
∴AD⊥BC.
∵平面ABC⊥平面BB1C1C,平面ABC∩平面BB1C1C=BC,
∴AD⊥平面BB1C1C.
∵BM⊂平面BB1C1C,∴AD⊥BM,
∵AD∩B1D=D,∴BM⊥平面AB1D.
∵AB1⊂平面AB1D,∴MB⊥AB1.
5