(22)空间点、直线、平面之间的位置关系——2025届高考数学一轮复习经典例题训练集(含解析)

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(22)空间点、直线、平面之间的位置关系——2025届高考数学一轮复习经典例题训练集(含解析)

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(22)空间点、直线、平面之间的位置关系——2025届高考数学一轮复习经典例题训练集【配套新教材】
学校:___________姓名:___________班级:___________考号:___________
一、选择题
1.在正方体中,E是的中点.若,则点B到平面ACE的距离为( )
A. B. C. D.3
2.已知m,n是两条不同直线,,,是三个不同平面,则下列说法正确的是( )
A.,,则 B.,,则
C.,,则 D.,,则
3.如图,在矩形ABCD中,,E为边AB的中点,将沿直线DE翻折成.若M为线段的中点,则在翻折过程中,下列结论正确的有( )
①存在某个位置,使平面;
②总有平面;
③存在某个位置,使.
A.①② B.①③ C.②③ D.①②③
4.已知在矩形ABCD中,,,E,F分别在边AD,BC上,且,,如图所示,沿EF将四边形AEFB翻折成,设二面角的大小为,在翻折过程中,当二面角取得最大角时,的值为( )
A. B. C. D.
5.已知正方形ABCD的边长为2,现将沿对角线AC翻折,得到三棱锥.记AC,BC,AD的中点分别为O,M,N,则下列结论错误的是( )
A.平面BOD
B.三棱锥体积的最大值为
C.三棱锥的外接球的表面积为定值
D.直线MN与平面BOD所成角的范围是
二、多项选择题
6.如图,在四棱锥中,底面ABCD为平行四边形,,底面,则( )
A.
B.平面PBD
C.异面直线AB与PC所成角的余弦值为
D.PB与平面ABCD所成的角为
7.如图,矩形中,,E是边AB的中点,将沿直线DE翻折成(点不落在底面BCDE内),连接,.若M为线段的中点,则在翻折的过程中,以下结论正确的是( )
A.平面恒成立 B.存在某个位置,使
C.线段BM的长为定值 D.
三、填空题
8.长方体中,,E,F,G,H分别是棱,,,的中点,则异面直线EF与GH所成角的余弦值是___________.
9.正方体的棱长为1,点M,N分别是棱,的中点,动点P在正方形(包括边界)内运动,且平面AMN,则长度的范围为___________.
四、解答题
10.如图①,在梯形ABCD中,,,,,点E在线段BC上,,将沿AE翻折至的位置,连接PD,点F为PD中点,连接CF,如图②.
(1)在线段AD上是否存在一点Q,使平面平面FQC?若存在,请确定点Q的位置;若不存在,请说明理由.
(2)当平面平面AECD时,求三棱锥的体积.
参考答案
1.答案:B
解析:在正方体中,,E是的中点,则,,,.设点B到平面ACE的距离为h,由,得,解得.故选B.
2.答案:C
解析:对于A:因为,,所以或或n与相交,故A错误;
对于B:因为,,所以或,故B错误;
对于C:两个平面平行,一个平面中的任意一条直线平行于另外一个平面,故C正确;
对于D:因为,,所以或,故D错误;
故选:C.
3.答案:A
解析:在①中,由题可得,故当平面平面ABCD时,平面,故①正确;
在②中,如图,取CD中点F,连接MF,BF,则,,又,,可得平面平面,总有平面,故②正确;
在③中,连接AF,则在平面ABCD中的射影落在AF上,连接,如图,易知,则与DE不垂直,若,又,,则平面,则,矛盾,与不垂直,故③错误.故选A.
4.答案:B
解析:如图①,过点B作EF的垂线交EF于点O,交AD于点M,交CD的延长线于点G,设在平面EFCD内的射影为H,则H在直线BM上,
如图②,过H作CD的垂线,垂足为K,连接,则为二面角的平面角.
由题意知,又,,,
所以,所以,
所以,.
由,,所以,
所以,
所以,
令,可得,解得,
所以,所以当,即,也即时,取得最大值,
此时最大,故当二面角取得最大角时,的值为.故选B.
5.答案:D
解析:对于A,因为四边形ABCD为正方形,所以,,又,且平面BOD,所以平面,A正确.
对于B,当平面平面ABC时,点D到平面ABC的距离最大,即三棱锥高的最大值,此时三棱锥的体积,B正确.
对于C,由,得三棱锥外接球的球心为O,所以外接球的半径,所以三棱锥外接球的表面积为,为定值,C正确.
对于D,取AB,AO的中点分别为E,F,连接ME,EF,NF,NE,如图.
因为E,F,N分别为AB,AO,AD的中点,可得,,因为平面,平面BOD,所以平面BOD,同理可证平面BOD,又,所以平面平面BOD.
又因为平面BOD,所以平面NEF.
因为,所以平面NEF,所以即为直线MN与平面BOD所成的角.
在折叠过程中,设BD的长度为a,则,
由E,N分别为AB,AD的中点,得,在直角三角形MNE中,可得,
所以的取值范围为,即MN与平面BOD所成角的范围为,D错误.故选D.
6.答案:AB
解析:对于A,设,则,由余弦定理可得,,.
平面,平面,.
又,平面,平面PAD,
,故A正确;
对于B,由A选项分析易知,
平面ABCD,又平面ABCD,
,又,平面PBD,
平面PBD,故B正确;
对于C,,(或其补角)为异面直线AB和PC所成的角.
,,,
,故C错误;
对于D,平面,为PB与平面ABCD所成的角,,,故D错误.故选AB.
7.答案:AC
解析:设CD的中点为F,连接FM,FB,因为M为线段的中点,所以,而平面,平面,所以平面.
在矩形ABCD中,,的中点为F,所以,同理可证平面,又,平面BMF,所以平面平面,而平面BMF,所以平面恒成立,故A正确.
设点在底面BCDE的射影为O,连接OE,OD,OC,因为在矩形ABCD中,,E是边AB的中点,所以有,因此有,而,显然OC与DE不垂直.
假设存在某个位置,使,因为平面BCDE,平面BCDE,所以,因为,,平面,所以平面,而平面,所以,这与OC与DE不垂直矛盾,故B不正确.
在矩形ABCD中,,E是边AB的中点,所以,显然有,由余弦定理可知,,因为,,所以线段BM的长为定值,故C正确.
,故D不正确.故选AC.
8.答案:
解析:如图,连接EG,取EG的中点O,连接,,.
在长方体中,因为且,且,所以且,所以四边形是平行四边形.
同理可得四边形是平行四边形,所以,,故(或其补角)是异面直线EF与GH所成的角.
设,则,,故在中,由余弦定理得,即异面直线EF与GH所成角的余弦值为.
9.答案:
解析:如图,连接,分别取,的中点E,F,连接,,,,,则.
因为,所以,因为点M,N分别是棱,的中点,所以.因为,,所以四边形为平行四边形,所以,因为平面,平面AMN,所以平面,平面AMN,因为,所以平面平面AMN,因为,所以平面平面.因为动点P在正方形(包括边界)内运动,且平面AMN,所以点P的轨迹为EF,所以的最大值为,最小值为点到EF的距离,为,所以长度的范围为.
10.答案:(1)存在,当Q是AD的中点时,平面平面FQC
(2)
解析:(1)存在,当Q是AD的中点时,平面平面FQC,理由如下:
如图,连接FQ,CQ,
依题意得,且,,则,,
所以四边形AECQ是平行四边形,则,
又平面PAE,平面PAE,所以平面PAE.
因为Q,F分别为AD,PD的中点,所以,
又平面,平面PAE,所以平面PAE.
因为平面,,
所以平面平面FQC.
(2)取AE的中点M,连接DM.
因为,,,则,
所以是边长为2的等边三角形,则.
因为,,,
所以由余弦定理得,
所以在中,,则.
因为平面平面AECD,平面平面,平面AECD,所以平面PAE.
因为F为PD的中点,所以F到平面PAE的距离,
所以.

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