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解答题专题突破空间向量与立体几何(学生版).docx

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解答题专题突破:空间向量与立体几何

题型一、异面直线夹角的求解

1.如图,在四棱锥中,底面为菱形,平面,,,,分别是,的中点.

(1)证明:;

(2)设为线段上的动点,若线段长的最小值为,求直线与直线所成的角余弦值.

2.在三棱柱中,平面平面,,,,.

(1)证明:平面;

(2)若异面直线所成角的余弦值为,求

解法指导:

1、求异面直线所成角一般步骤:

(1)平移:选择适当的点,线段的中点或端点,平移异面直线中的一条或两条成为相交直线.

(2)证明:证明所作的角是异面直线所成的角.

(3)寻找:在立体图形中,寻找或作出含有此角的三角形,并解之.

(4)取舍:因为异面直线所成角的取值范围是,所以所作的角为钝角时,应取它的补角作为异面直线所成的角.

2、可通过多种方法平移产生,主要有三种方法:

(1)直接平移法(可利用图中已有的平行线);

(2)中位线平移法;

(3)补形平移法(在已知图形中,补作一个相同的几何体,以便找到平行线).

3、异面直线所成角:若,分别为直线,的方向向量,为直线,的夹角,则.

题型二、直线与平面夹角的求解

1.如图,在长方体中,已知,.

(1)若点是棱上的中点,求证:与垂直;

(2)求直线与平面的夹角的正弦值.

2.已知三棱锥,平面平面.

(1)求证:;

(2)求直线与平面所成角的正弦值;

(3)求点到平面的距离.

3.在四棱锥中,底面是正方形,若,,,

(1)求四棱锥的体积;

(2)求直线与平面夹角的正弦值.

4.如图,四棱锥的底面为矩形,平面平面,是边长为2等边三角形,,点为的中点,点为上一点(与点不重合).

(1)证明:;

(2)当为何值时,直线与平面所成的角最大?

5.如图,在四棱锥中,底面为直角梯形,,,,,,,且平面平面,在平面内过作,交AD于,连PO.

(1)求证:平面;

(2)在线段上存在一点,使直线与平面所成的角的正弦值为,求的长.

解法指导:

1、垂线法求线面角(也称直接法):

(1)先确定斜线与平面,找到线面的交点为斜足;找线在面外的一点,过点向平面做垂线,确定垂足;

(2)连结斜足与垂足为斜线在面上的投影,投影与斜线之间的夹角为线面角;

(3)把投影与斜线归到一个三角形中进行求解(可能利用余弦定理或者直角三角形)。

2、公式法求线面角(也称等体积法):

用等体积法,求出斜线在面外的一点到面的距离,利用三角形的正弦公式进行求解。

公式为:,其中是斜线与平面所成的角,是垂线段的长,是斜线段的长。

3、向量法求线面角:设是直线的方向向量,是平面的法向量,直线与平面的夹角为.则.

题型三、平面与平面夹角的求解

1.在四棱锥中,底面是菱形,,,,底面,,点在棱上,且.

(1)证明:平面;

(2)求二面角的大小.

2.如图所示,,分别为半圆锥的底面半圆弧上的两个三等分点,为中点,为母线的中点.

(1)证明:平面;

(2)若为等边三角形,求平面与平面的夹角的余弦值.

3.如图,四棱锥中,为等边三角形,四边形为直角梯形,,.

(1)证明:平面平面;

(2)若与平面所成的角为,求平面与平面夹角的余弦值.

4.如图,在四棱锥中,平面,,,,,为中点,点在线段上,且.

(1)求证:平面;

(2)求直线与平面所成角的正弦值;

(3)求平面与平面所成角的正弦值.

5.在四棱锥中,底面为直角梯形,,,平面,.

(1)求证:平面平面;

(2)平面于点,求二面角的余弦值.

6.如图,在三棱柱中,平面平面,平面.

(1)求证:;

(2)若二面角的正弦值为,且,求.

7.如图所示,四边形是圆柱底面的内接四边形,是圆柱的底面直径,是圆柱的母线,是与的交点,.

(1)记圆柱的体积为,四棱锥的体积为,求;

(2)设点在线段上,且存在一个正整数,使得,若已知平面与平面的夹角的正弦值为,求的值.

解法指导:

1、几何法

(1)定义法(棱上一点双垂线法):在二面角的棱上找一个特殊点,在两个半平面内分别过该点作垂直于棱的射线.

(2)三垂线法(面上一点双垂线法):自二面角的一个面上一点向另外一个面作垂线,再由垂足向棱作垂线得到棱上的点(即斜足),斜足和面上一点的连线与斜足和垂足的连线所夹的角,即为二面角的平面角

(3)垂面法(空间一点垂面法):过空间一点作与棱垂直的平面,截二面角得两条射线,这两条射线所成的角就是二面角的平面角。

(4)射影面积法求二面角

2、向量法:若,分别为平面,的法向量,为平面,的夹角,则

.

题型四、空间点、线、面间的距离求解

1.如图,在四棱锥中,平面,平面平面.

(1)证明:;

(2)若为的中点,,求到平面的距离.

2.如图,在直三棱柱中,,,,M为的中点.

(1)证明:平面;

(2)求点A到平面的距离.

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