资源简介 19 立体几何中轨迹问题目录一、热点题型归纳 1【题型一】由动点保持平行求轨迹 1【题型二】由动点保持垂直求轨迹 4【题型三】由动点保持等距(或定长)求轨迹 9【题型四】由动点保持等角(或定角)求轨迹 12【题型五】投影求轨迹 16【题型七】翻折与动点求轨迹 19二、最新模考题组练 22【题型一】由动点保持平行性求轨迹【典例分析】如图,在边长为a的正方体ABCD-A1B1C1D1中,E、F、G、H、N分别是CC1、C1D1、DD1、CD、BC的中点,M在四边形EFGH边上及其内部运动,若MN∥面A1BD,则点M轨迹的长度是( )A.a B.a C. D.【答案】D【分析】连接GH、HN,有GH∥BA1,HN∥BD,证得面A1BD∥面GHN,由已知得点M须在线段GH上运动,即满足条件,由此可得选项.【详解】解:连接GH、HN、GN,∵在边长为a的正方体ABCD-A1B1C1D1中,E、F、G、H分别是CC1、C1D1、DD1、CD的中点,N是BC的中点,则GH∥BA1,HN∥BD,又面A1BD,BA1面A1BD,所以面A1BD,同理可证得面A1BD,又,∴面A1BD∥面GHN,又∵点M在四边形EFGH上及其内部运动,MN∥面A1BD,则点M须在线段GH上运动,即满足条件,GH=a,则点M轨迹的长度是a.故选:D.【提分秘籍】基本规律1.线面平行转化为面面平行得轨迹2.平行时可利用法向量垂直关系求轨迹【变式演练】1.在三棱台中,点在上,且,点是三角形内(含边界)的一个动点,且有平面平面,则动点的轨迹是( )A.三角形边界的一部分 B.一个点C.线段的一部分 D.圆的一部分【答案】C【分析】过作交于,连接,证明平面平面,得,即得结论.【详解】如图,过作交于,连接,,平面,平面,所以平面,同理平面,又,平面,所以平面平面,所以,(不与重合,否则没有平面),故选:C.2.已知正方体的棱长为,、分别是棱、的中点,点为底面内(包括边界)的一动点,若直线与平面无公共点,则点的轨迹长度为( )A. B. C. D.【答案】B【分析】以点为坐标原点,、、所在直线分别为、、轴建立空间直角坐标系,设点,计算出平面的一个法向量的坐标,由已知条件得出,可得出、所满足的等式,求出点的轨迹与线段、的交点坐标,即可求得结果.【详解】以点为坐标原点,、、所在直线分别为、、轴建立如下图所示的空间直角坐标系,则、、、,设点,,,设平面的法向量为,由,取,可得,,由题意可知,平面,则,令,可得;令,可得.所以,点的轨迹交线段于点,交线段的中点,所以,点的轨迹长度为.故选:B.3.在棱长为2的正方体中,点E,F分别是棱,的中点,P是上底面内一点(含边界),若平面BDEF,则Р点的轨迹长为( )A.1 B. C.2 D.【答案】B【分析】由分别取棱 的中点M N,连接MN,由线面平行得面面平行,得动点轨迹,从而可计算其长度.【详解】如图所示,分别取棱 的中点M N,连接MN,连接,∵M N E F为所在棱的中点,∴,,∴,又平面BDEF,平面BDEF,∴平面BDEF,连接NF,由,,,,可得,,则四边形ANFB为平行四边形,则,而平面BDEF,平面BDEF,则平面BDEF.又,∴平面平面BDEF.又P是上底面内一点,且平面BDEF,∴P点在线段MN上.又,∴P点的轨迹长为.【题型二】动点保持垂直性求轨迹【典例分析】在正方体中,Q是正方形内的动点,,则Q点的轨迹是( )A.点 B.线段 C.线段 D.平面【答案】B【分析】如图,连接,证明,又,即得解.【详解】如图,连接,因为平面,所以平面, 又平面,所以,又.所以点在线段上.故选:B【提分秘籍】基本规律1.可利用线线线面垂直,转化为面面垂直,得交线求轨迹2.利用空间坐标运算求轨迹3.利用垂直关系转化为平行关系求轨迹【变式演练】1.在正方体中,点在侧面及其边界上运动,且保持,则动点的轨迹为( )A.线段 B.线段C.的中点与的中点连成的线段 D.的中点与的中点连成的线段【答案】A【分析】利用直线与平面垂直的判定可得面,又点在侧面及其边界上运动,并且总是保持与垂直,得到点的轨迹为面与面的交线.【详解】如图,连接,,,在正方体中,有平面,又点在侧面及其边界上运动,故点的轨迹为平面与平面的交线段.故选:A.2.在棱长为1的正方体中,M,N分别为,的中点,点P在正方体的表面上运动,且满足.给出下列说法:①点P可以是棱的中点;②线段MP的最大值为;③点P的轨迹是正方形;④点P轨迹的长度为.其中所有正确说法的序号是________.【答案】②④【分析】以D为坐标原点,分别以DA,DC,为x轴,y轴,z轴建立空间直角坐标系,求出的坐标,从而得到MP的最大值,即可判断选项②,通过分析判断可得点P不可能是棱的中点,从而判断选项①,又,,可判断选项③和选项④.【详解】解:在正方体中,以D为坐标原点,为x轴,y轴,∵该正方体的棱长为1,M,N分别为,的中点,∴,M(,,),,∴,设,则,∵,∴,即当时,,当时,,取,,,,连结EF,FG,,HE,则,,∴四边形EFGH为矩形,则,,即,,又和为平面中的两条相交直线,∴平面EFGH,又,,∴M为EG的中点,则平面EFGH,为使,必有点平面EFGH,又点P在正方体表面上运动,∴点P的轨迹为四边形EFGH,因此点P不可能是棱的中点,故选项①错误;又,,∴,则点P的轨迹不是正方形且矩形EFGH周长为,故选项③错误,选项④正确;∵,,又,则,即,∴,点在正方体表面运动,则,解,∴,故当或,或1,MP取得最大值为,故②正确.故答案为:②④.3.如图,在正方体中,是棱的中点,是侧面内的动点,且与平面的垂线垂直,则下列说法不正确的是( )A.与不可能平行B.与是异面直线C.点的轨迹是一条线段D.三棱锥的体积为定值【答案】A【分析】设平面与直线交于,连接,,则为的中点,分别取,的中点,,连接,,,证明平面平面,即可分析选项ABC的正误;再由,得点到平面的距离为定值,可得三棱锥的体积为定值判断D.【详解】解:设平面与直线交于,连接,,则为的中点,分别取,的中点,,连接,,,如图,∵,平面,平面,∴平面,同理可得平面,又、是平面内的两条相交直线,∴平面平面,而平面,∴平面,得点的轨迹为一条线段,故C正确;并由此可知,当与重合时,与平行,故A错误;∵平面平面,和平面相交,∴与是异面直线,故B正确;∵,则点到平面的距离为定值,∴三棱锥的体积为定值,故D正确.故选:A.【题型三】由动点保持等距(或者定距)求轨迹【典例分析】已知正方体ABCD-A1B1C1D1的棱长为1,P为底面ABCD内一点,若P到棱CD,A1D1距离相等的点,则点P的轨迹是( )A.直线 B.椭圆 C.抛物线 D.双曲线【答案】D【分析】以D为坐标原点建立空间直角坐标系,求出点P的轨迹方程即可判断.【详解】如图示,过P作PE⊥AB与E,过P作PF⊥AD于F,过F作FG∥AA1交A1D1于G,连结PG,由题意可知PE=PG以D为坐标原点建立空间直角坐标系,设,由PE=PG得:,平方得:即点P的轨迹是双曲线.故选:D.【提分秘籍】基本规律1.距离,可转化为在一个平面内的距离关系,借助于圆锥曲线定义或者球和圆的定义等知识求解轨迹2.利用空间坐标计算求轨迹【变式演练】1.如图,在四棱锥中,侧面为正三角形,底面为正方形,侧面底面,为正方形内(包括边界)的一个动点,且满足.则点在正方形内的轨迹为( )A. B.C. D.【答案】A【分析】如图,以为坐标原点,建立空间直角坐标系,设,正方形的边长为,求出,的坐标,利用可得与的关系,即可求解.【详解】如图,以为坐标原点,,所在的直线分别为,轴建立如图所示的空间直角坐标系,设正方形的边长为,,则,,,,则,.由,得,所以点在正方形内的轨迹为一条线段,故选:A.2.如图,在棱长为的正方体中,、分别是、的中点,长为的线段的一个端点在线段上运动,另一个端点在底面上运动,则线段的中点的轨迹(曲面)与正方体(各个面)所围成的几何体的体积为( )A. B. C. D.【答案】D【分析】连接、,分析得出,可知点的轨迹是以点为球心,半径长为的球面,作出图形,结合球体的体积公式可求得结果.【详解】连接、,因为,,且、分别为、的中点,故且,所以,四边形为平行四边形,故且,平面,则平面,因为平面,所以,,为的中点,故,所以,点的轨迹是以点为球心,半径长为的球面,如下图所示:所以,线段的中点的轨迹(曲面)与正方体(各个面)所围成的几何体为球的,故所求几何体的体积为.故选:D.3.四棱锥P﹣OABC中,底面OABC是正方形,OP⊥OA,OA=OP=a.D是棱OP上的一动点,E是正方形OABC内一动点,DE的中点为Q,当DE=a时,Q的轨迹是球面的一部分,其表面积为3π,则a的值是( )A. B. C. D.6【答案】B【分析】由题意结合选项可特殊化处理,即取OP与底面垂直,求得Q的轨迹,结合球的表面积求解.【详解】解:不妨令OP⊥OC,则OP⊥底面OABC,如图,∵D是OP上的动点,∴OD⊥底面OABC,可得OD⊥OE,又Q为DE的中点,∴OQ,即Q的轨迹是以O为球心,以为半径的球面,其表面积为S,得a故选:B.【题型四】由动点保持等角(或定角)求轨迹【典例分析】正方体中,,分别为,的中点,是边上的一个点(包括端点),是平面上一动点,满足直线 与直线 夹角与直线与直线 的夹角相等,则点所在轨迹为( )A.椭圆 B.双曲线 C.抛物线 D.抛物线或双曲线【答案】D【分析】根据题设分析可知:点轨迹为以为母线,为轴,为底面直径的圆锥体,及其关于反向对称的锥体与平面的交线,应用数形结合,结合平面与双锥面相交所成曲线的性质判断所在轨迹的形状.【详解】由题设,点轨迹为以为母线,为轴,为底面直径的圆锥体,及其关于反向对称的锥体与平面的交线,如下图示:当是边上移动过程中,只与下方锥体有相交,点轨迹为抛物线;当是边上移动过程中,与上方锥体也有相交,点轨迹为双曲线;故选:D【提分秘籍】基本规律直线与面成定角,可能是圆锥侧面。直线与定直线成等角,可能是圆锥侧面利用空间坐标系计算求轨迹【变式演练】1.如图,斜线段与平面所成的角为,为斜足,平面上的动点满足,则点的轨迹是( )A.直线 B.抛物线C.椭圆 D.双曲线的一支【答案】C【分析】由题可知点在以为轴的圆锥的侧面上,再结合条件可知的轨迹符合圆锥曲线中椭圆定义,即得.【详解】用垂直于圆锥轴的平面去截圆锥,得到的是圆;把平面渐渐倾斜,得到椭圆;当平面和圆锥的一条母线平行时,得到抛物线.此题中平面上的动点满足,可理解为在以为轴的圆锥的侧面上,再由斜线段与平面所成的角为,可知的轨迹符合圆锥曲线中椭圆定义.故可知动点的轨迹是椭圆.故选:C.2.如图所示,为长方体,且AB=BC=2,=4,点P为平面上一动点,若,则P点的轨迹为( )A.抛物线 B.椭圆 C.双曲线 D.圆【答案】B【分析】建立空间直角坐标系,利用空间向量的坐标运算和轨迹方程思想求得的轨迹方程,进而根据方程判定轨迹类型.【详解】如图,建立直角坐标系,则,.设,则向量,向量,,∴,即,,,这方程表示的轨迹是平面上的椭圆,故选:B.3.在长方体中,,,M为棱BC的中点,动点P满足,则点P的轨迹与长方体的侧面的交线长等于___________.【答案】【分析】由题意画出图形,由角的关系得到边的关系,然后再在平面内建系,求出P的轨迹方程,确定点P的轨迹与长方体的面的交线,进而求得交线长.【详解】如下图所示:当P在面内时,面,面;又,在与中,∵,则,∴,则,即.在平面中,以DC所在直线为x轴,以DC的垂直平分线为y轴建立平面直角坐标系,则,,设,由,得,整理得:,即.∴点P的轨迹是以F(5,0)为圆心,半径为4的圆.设圆F与面的交点为E M,作EK垂直x轴于点K,如图,则;∴;故点P的轨迹与长方体的面的交线为劣弧,所以劣弧的长为.故答案为:【题型五】 投影求轨迹【典例分析】1822年,比利时数学家 Dandelin利用圆锥曲线的两个内切球,证明了用一个平面去截圆锥,可以得到椭圆(其中两球与截面的切点即为椭圆的焦点),实现了椭圆截线定义与轨迹定义的统一性.在生活中,有一个常见的现象:用手电筒斜照地面上的篮球,留下的影子会形成椭圆.这是由于光线形成的圆锥被地面所截产生了椭圆的截面.如图,在地面的某个占正上方有一个点光源,将小球放置在地面,使得与小球相切.若,小球半径为2,则小球在地面的影子形成的椭圆的离心率为( )A. B. C. D.【答案】A【分析】设,从而可得 ,,,利用勾股定理可得,再由离心率的定义即可求解.【详解】在中,设,,,,,, ∴长轴长,,则离心率.故选:A【提分秘籍】基本规律球的非正投影,可能是椭圆面多面体的投影,多为多边形。【变式演练】1.如图,已知水平地面上有一半径为3的球,球心为,在平行光线的照射下,其投影的边缘轨迹为椭圆C.如图,椭圆中心为O,球与地面的接触点为E,.若光线与地面所成角为,椭圆的离心率__________.【答案】【分析】根据平行投影计算出椭圆C的短半轴长b,再求出光线与水平面所成锐角的正弦,进而求得椭圆C的长轴长2a而得解.【详解】连接,则,因为,如图:所以,所以在照射过程中,椭圆的短半轴长b是球的半径R,即,过球心与椭圆长轴所在直线确定的平面截球面所得大圆及对应光线,如图:椭圆的长轴长是,过A向做垂线,垂足是B,则,由题意得:,又,则,,即,所以椭圆的离心率为.故答案为:【题型六】翻折与动点求轨迹(难点)【典例分析】如图,将四边形中,沿着翻折到,则翻折过程中线段中点的轨迹是( )A.椭圆的一段 B.抛物线的一段C.双曲线的一段 D.一段圆弧【答案】D【分析】过点作的垂线,垂足为,过点点作的垂线,垂足为,连接,再分别分析翻折前、后的变化量与不变量,在翻折后的图形中取中点,进而可得答案.【详解】解:在四边形中,过点作的垂线,垂足为,过点点作的垂线,垂足为,连接,如图1,所以当四边形确定时, 和三边长度均为定值,当沿着翻折到,形成如图2的几何体,并取中点,连接,由于在翻折过程中,,所以由中位线定理可得为定值,所以线段中点的轨迹是以中点为圆心的圆弧上的部分.故选:D【提分秘籍】基本规律1.翻折过程中寻找不变的垂直的关系求轨迹2.翻折过程中寻找不变的长度关系求轨迹3.可以利用空间坐标运算求轨迹【变式演练】1.已知△ABC的边长都为2,在边AB上任取一点D,沿CD将△BCD折起,使平面BCD⊥平面ACD.在平面BCD内过点B作BP⊥平面ACD,垂足为P,那么随着点D的变化,点P的轨迹长度为( )A. B. C. D.π【答案】C【分析】根据题意,先确定点P轨迹的形状,进而求出轨迹的长度即可.【详解】由题意,在平面BCD内作BQ⊥CD,交CD于Q,因为平面BCD⊥平面ACD,平面BCD与平面ACD交于CD,所以BQ⊥平面ACD,又BP⊥平面ACD,所以P,Q两点重合,于是随着点D的变化,BP⊥CD始终成立,可得在平面ABC中,BP⊥CP始终成立,即得点P的轨迹是以BC为直径的圆的一部分,由题意知随着点D的变化,∠BCD的范围为,可得点P的轨迹是以BC为直径(半径为1)的圆的,即得点P的轨迹长度为.故选:C.2.如图,等腰梯形中,,,,,沿着把折起至,使在平面上的射影恰好落在上.当边长变化时,点的轨迹长度为( )A. B. C. D.【答案】B【分析】根据的射影在边上,且固定长度为1,所以的轨迹在以为原点半径为1的圆上,因此考虑的长度缩短到0时和变长到的长度两种情况,从而求出夹角大小,进而求出弧长.【详解】因为的射影在边上,且固定长度为1,所以的轨迹在以为原点半径为1的圆上.考虑极端情况:当的长度缩短到0时,都汇聚到线段的中点(D2);当变长到的长度时(的射影为D3),如图,设,则,在中,,同理:,∴,即在线段上的投影与点的距离为,从而与夹角为,故点的轨迹为.故选:B.3.已知矩形中,,,如图,将沿着进行翻折,使得点与点重合,若点在平面上的射影在四边形内部(包含边界),则动点的轨迹长度是( )A. B. C. D.【答案】C【分析】过点作于点,交于点,则点在平面上的射影落在线段上.由翻折过程可知,,判断出的轨迹是以点为圆心,为半径的一段圆弧,求出圆心角,利用弧长公式求出弧长.【详解】如图(1),过点作于点,交于点,则点在平面上的射影落在线段上.在中,,,则,由等面积法得.翻折的过程中,动点满足,则动点的轨迹是以点为圆心,为半径的一段圆弧.易得,,,所以,则,如图(2),在圆中,,,所以点的轨迹是,且,则,,从而点的轨迹长度为.故选:C19立体几何中的轨迹问题【题型一】由动点保持平行性求轨迹【典例分析】如图,在边长为a的正方体ABCD-A1B1C1D1中,E、F、G、H、N分别是CC1、C1D1、DD1、CD、BC的中点,M在四边形EFGH边上及其内部运动,若MN∥面A1BD,则点M轨迹的长度是( )A.a B.a C. D.【提分秘籍】基本规律1.线面平行转化为面面平行得轨迹2.平行时可利用法向量垂直关系求轨迹【变式演练】1.在三棱台中,点在上,且,点是三角形内(含边界)的一个动点,且有平面平面,则动点的轨迹是( )A.三角形边界的一部分 B.一个点C.线段的一部分 D.圆的一部分2.已知正方体的棱长为,、分别是棱、的中点,点为底面内(包括边界)的一动点,若直线与平面无公共点,则点的轨迹长度为( )A. B. C. D.3.在棱长为2的正方体中,点E,F分别是棱,的中点,P是上底面内一点(含边界),若平面BDEF,则Р点的轨迹长为( )A.1 B. C.2 D.【题型二】动点保持垂直性求轨迹【典例分析】在正方体中,Q是正方形内的动点,,则Q点的轨迹是( )A.点 B.线段 C.线段 D.平面【提分秘籍】基本规律1.可利用线线线面垂直,转化为面面垂直,得交线求轨迹2.利用空间坐标运算求轨迹3.利用垂直关系转化为平行关系求轨迹【变式演练】1.在正方体中,点在侧面及其边界上运动,且保持,则动点的轨迹为A.线段 B.线段C.的中点与的中点连成的线段 D.的中点与的中点连成的线段2.在棱长为1的正方体中,M,N分别为,的中点,点P在正方体的表面上运动,且满足.给出下列说法:①点P可以是棱的中点;②线段MP的最大值为;③点P的轨迹是正方形;④点P轨迹的长度为.其中所有正确说法的序号是________.3.如图,在正方体中,是棱的中点,是侧面内的动点,且与平面的垂线垂直,则下列说法不正确的是( )A.与不可能平行B.与是异面直线C.点的轨迹是一条线段D.三棱锥的体积为定值【题型三】由动点保持等距(或者定距)求轨迹【典例分析】已知正方体ABCD-A1B1C1D1的棱长为1,P为底面ABCD内一点,若P到棱CD,A1D1距离相等的点,则点P的轨迹是( )A.直线 B.椭圆 C.抛物线 D.双曲线【提分秘籍】基本规律1.距离,可转化为在一个平面内的距离关系,借助于圆锥曲线定义或者球和圆的定义等知识求解轨迹2.利用空间坐标计算求轨迹【变式演练】1.如图,在四棱锥中,侧面为正三角形,底面为正方形,侧面底面,为正方形内(包括边界)的一个动点,且满足.则点在正方形内的轨迹为( )A. B.C. D.2.如图,在棱长为的正方体中,、分别是、的中点,长为的线段的一个端点在线段上运动,另一个端点在底面上运动,则线段的中点的轨迹(曲面)与正方体(各个面)所围成的几何体的体积为( )A. B. C. D.3.四棱锥P﹣OABC中,底面OABC是正方形,OP⊥OA,OA=OP=a.D是棱OP上的一动点,E是正方形OABC内一动点,DE的中点为Q,当DE=a时,Q的轨迹是球面的一部分,其表面积为3π,则a的值是( )A. B. C. D.6【题型四】由动点保持等角(或定角)求轨迹【典例分析】正方体中,,分别为,的中点,是边上的一个点(包括端点),是平面上一动点,满足直线 与直线 夹角与直线与直线 的夹角相等,则点所在轨迹为( )A.椭圆 B.双曲线 C.抛物线 D.抛物线或双曲线【提分秘籍】基本规律直线与面成定角,可能是圆锥侧面。直线与定直线成等角,可能是圆锥侧面利用空间坐标系计算求轨迹【变式演练】1.如图,斜线段与平面所成的角为,为斜足,平面上的动点满足,则点的轨迹是( )A.直线 B.抛物线C.椭圆 D.双曲线的一支2.如图所示,为长方体,且AB=BC=2,=4,点P为平面上一动点,若,则P点的轨迹为( )A.抛物线 B.椭圆 C.双曲线 D.圆3.在长方体中,,,M为棱BC的中点,动点P满足,则点P的轨迹与长方体的侧面的交线长等于___________.【题型五】 投影求轨迹【典例分析】1822年,比利时数学家 Dandelin利用圆锥曲线的两个内切球,证明了用一个平面去截圆锥,可以得到椭圆(其中两球与截面的切点即为椭圆的焦点),实现了椭圆截线定义与轨迹定义的统一性.在生活中,有一个常见的现象:用手电筒斜照地面上的篮球,留下的影子会形成椭圆.这是由于光线形成的圆锥被地面所截产生了椭圆的截面.如图,在地面的某个占正上方有一个点光源,将小球放置在地面,使得与小球相切.若,小球半径为2,则小球在地面的影子形成的椭圆的离心率为( )A. B. C. D.【提分秘籍】基本规律球的非正投影,可能是椭圆面多面体的投影,多为多边形。【变式演练】1.如图,已知水平地面上有一半径为3的球,球心为,在平行光线的照射下,其投影的边缘轨迹为椭圆C.如图,椭圆中心为O,球与地面的接触点为E,.若光线与地面所成角为,椭圆的离心率__________.【题型六】翻折与动点求轨迹(难点)【典例分析】如图,将四边形中,沿着翻折到,则翻折过程中线段中点的轨迹是( )A.椭圆的一段 B.抛物线的一段C.双曲线的一段 D.一段圆弧【提分秘籍】基本规律1.翻折过程中寻找不变的垂直的关系求轨迹2.翻折过程中寻找不变的长度关系求轨迹3.可以利用空间坐标运算求轨迹【变式演练】1.已知△ABC的边长都为2,在边AB上任取一点D,沿CD将△BCD折起,使平面BCD⊥平面ACD.在平面BCD内过点B作BP⊥平面ACD,垂足为P,那么随着点D的变化,点P的轨迹长度为( )A. B. C. D.π2.如图,等腰梯形中,,,,,沿着把折起至,使在平面上的射影恰好落在上.当边长变化时,点的轨迹长度为( )A. B. C. D.3.已知矩形中,,,如图,将沿着进行翻折,使得点与点重合,若点在平面上的射影在四边形内部(包含边界),则动点的轨迹长度是( )A. B. C. D. 展开更多...... 收起↑ 资源列表 19 立体几何中的轨迹问题(原卷版).docx 19 立体几何中的轨迹问题(解析版).docx