资源简介 中小学教育资源及组卷应用平台中小学教育资源及组卷应用平台2025届高三数学高考二轮复习:立体几何中档大题专项训练1.如图,三棱柱中,,.(1)求证:平面;(2)直线与平面所成角的正弦值为,求平面与平面夹角的余弦值.2.如图,在斜三棱柱中,M为的中点,底面为等腰直角三角形,且(1)若在底面内的射影为点B,求点A到平面的距离;(2)若在底面内的射影为的中点,求平面与平面夹角的余弦值.3.如图,在四棱柱中,底面ABCD是矩形平面平面ABCD,点E,F分别为棱的中点.(1)证明:B,EF四点共面;(2)求平面与平面夹角的余弦值.4.如图,在三棱柱中,平面,.(1)若,求证:平面;(2)若二面角的余弦值为,求的值.5.如图,在正三棱台中,, (1)若,证明:平面;(2)若三棱台的高为,求平面与平面夹角的余弦值.6.已知均为等腰直角三角形,且,平面平面.平面四边形中,平面,点为的中点,连接.(1)求证:;(2)求二面角的正弦值.7.如图,在四棱锥中,,,,是边长为2的等边三角形,且平面平面,点E是棱上的一点. (1)若,求证:平面;(2)若平面与平面的夹角的余弦值为,求的值;(3)求点到直线的距离的最小值.8.如图,在所有棱长都为2的三棱柱中,点E是棱的中点,.(1)求证:平面平面;(2)若,点P满足,求直线与平面所成角的正弦值.9.在四棱锥中,平面,底面为矩形,,与平面所成角的正切值.(1)求的长;(2)已知是棱上一点,且点到平面的距离为,求平面与平面的夹角的大小.10.如图,多面体中,平面平面是的中点.(1)证明:平面.(2)若,且二面角的余弦值为,求的长.11.如图,和所在平面垂直,且,.(1)求证:;(2)若,连接,求直线与平面所成角的正弦值.12.图1是边长为的正方形,将沿折起得到如图2所示的三棱锥,且.(1)证明:平面平面;(2)棱上是否存在一点,使得平面与平面的夹角的余弦值为,存在,指出点的位置;若不存在,请说明理由.13.如图,三棱柱中,侧面是菱形,侧面是正方形,,,点是的中点. (1)求证:平面;(2)若,求平面与平面的夹角的余弦值.14.如图,在四棱锥中,底面是正方形,平面, , E是棱的中点.(1)求证: 平面;(2)求直线BP与平面所成角的正弦值.15.如图,在四面体中,为棱上一点,,,,且,,二面角的大小为.(1)证明:平面;(2)求四面体的外接球的体积;(3)求的长.16.如图,底面四边形是正方形,平面,平面,,.(1)证明:平面;(2)求二面角的正弦值.17.如图,在直三棱柱中,,,,是的中点,是的中点,是与的交点.(1)求证:平面;(2)求直线与平面的所成角的余弦值;(3)求三棱锥的体积.18.如图,四棱锥的底面是矩形,,是等边三角形,平面平面ABCD,O为AD的中点,在线段PC上且满足与BD相交于点.(1)求证:平面PBO;(2)求直线EM与平面PCD所成角的正弦值.19.如图,三棱锥的棱上存在一点,使得平面底面,点在棱上,且平面.(1)证明:平面;(2)若,求平面与平面夹角的余弦值.20.如图所示,多面体中,底面ABCD为菱形,,平面ABCD,,.(1)探究直线BE与平面是否有交点;(2)求直线与平面所成角的正弦值.21.如图,在等腰梯形中,,,将沿翻折至,使得平面平面.(1)求异面直线与所成角的余弦值;(2)求直线与平面所成角的正弦值;(3)点在棱(不包含端点)上,且平面与平面所成角的余弦值为,求的值.22.如图,平面,,,,,.(1)求证:平面;(2)求平面与平面夹角的余弦值;(3)求四面体的体积.中小学教育资源及组卷应用平台中小学教育资源及组卷应用平台《2025届高三数学高考二轮复习:立体几何中档大题专项训练》参考答案1.(1)证明见解析(2)【分析】(1)利用余弦定理以及勾股定理,可得线线垂直,结合线面垂直判定定理,可得答案;(2)由题意建立空间直角坐标系,求得直线的方向向量以及平面的法向量,利用线面角的向量公式建立方程,求得点的坐标,根据面面角的向量公式,可得答案.【详解】(1)在中,,,由余弦定理可得,则,解得,由,则在中,,因为,平面,,所以平面.(2)由(1)及,则两两相互垂直,以为原点,分别以为轴建立空间直角坐标系,如下图:设,由(1)知,则,,,,则,,,设平面的一个法向量,则,可得,令,则,,所以平面的一个法向量,设直线与平面所成角为,则,则,解得,则,在三棱柱中,,则,设平面的一个法向量,则,可得,令,则,,所以平面的一个法向量,设平面与平面的夹角为,则.2.(1);(2)【分析】(1)取的中点O,可得,证明面,即点A到平面的距离,得解;(2)取的中点O,易得两两互相垂直,建立空间直角坐标系,求出平面和平面的一个法向量,利用向量夹角公式运算求解.【详解】(1)如图,取的中点O,连接为等腰三角形,,,又在底面内的射影为点B,面,又面,,又,且面,面,即为点A到平面的距离.又为等腰直角三角形,且点A到平面的距离为.(2)如图,取的中点O,连接,,在底面内的射影为的中点,面为等腰三角形,,建立如图所示的空间直角坐标系,易知,,,,,,,,设平面的一个法向量为,则,令,得,设平面的一个法向量为,由,令,得,则,所以平面与平面夹角的余弦值为3.(1)证明见解析(2)【分析】证明四边形为平行四边形,利用平面的基本性质得出结论;建立空间直角坐标系,利用向量方法求面面角.【详解】(1)取中点G,连接AG,EG,则有所以四边形CDGE为平行四边形,所以又因为所以所以四边形ABEG为平行四边形,所以又因为所以四边形为平行四边形,所以所以所以B,EF四点共面.(2)取DC中点O,AB中点M,连接因为所以侧面是菱形,所以因为平面平面ABCD,平面平面平面所以平面ABCD,进而有因为底面ABCD是矩形,所以所以OM,OC两两互相垂直.如图所示建系,由知平面ABCD,所以是平面的一个法向量.设则因此设平面的法向量,则所以所以取则于是是平面的一个法向量.设平面与平面夹角为即平面与平面夹角的余弦值为4.(1)证明见解析(2).【分析】(1)连接,设,连接,利用线线平行可证线面平行;(2)可证,以为坐标原点,的方向为轴,轴,轴正方向,建立空间直角坐标系,求得平面的法向量是,求得平面平面的一个法向量,利用向量法可得的方程,求解即可.【详解】(1)连接,设,连接,则在平行四边形中,是的中点,又,所以是的中点,所以,又平面平面,所以平面.(2)因为平面平面,所以,又平面,所以平面,又平面,所以.故以为坐标原点,的方向为轴,轴,轴正方向,建立如图所示的空间直角坐标系,设,则,所以,故,,设平面的法向量是,所以即,取,得,所以,易知平面的法向量是.因为二面角的余弦值为,所以,解得.5.(1)证明见解析(2)【分析】(1)过点作,交BC于点E,进而求出相关边长,可证得,,进而可证得到结论;(2)以AB的中点O为原点,OB,OC所在直线分别为x轴,y轴,过点O且垂直于平面ABC的直线为z轴,建立如图所示的空间直角坐标系.取线段中点F,求出平面与平面的法向量,进而可求得结果.【详解】(1)如图所示,过点作,交BC于点E,易知四边形为平行四边形.所以,,所以又,所以,即故,同理可得又直线与相交,且直线与都在平面内,所以平面 (2)以AB的中点O为原点,OB,OC所在直线分别为x轴,y轴,过点O且垂直于平面ABC的直线为z轴,建立如图所示的空间直角坐标系.取线段中点F,,,,,,,所以,,设平面的法向量为,则,即,取,则,,故设平面的法向量为,则,即,取,则,,故,所以,所以平面与平面夹角的余弦值为 6.(1)证明见解析(2)【分析】(1)利用线面垂直判定定理可证明平面,即可得平面,再由线面垂直性质可得结论;(2)建立空间直角坐标系利用空间向量得出两平面的法向量,即可求得二面角的正弦值.【详解】(1)证明:均为等腰直角三角形,且,为二面角的平面角.又平面平面.又平面平面,平面.平面,平面平面,平面,,即,又,四边形是平行四边形,.平面,又平面,.(2)由(1)知两两垂直,故以为坐标原点,分别以,所在直线为轴建立如图所示的空间直角坐标系:不妨设,则,.设平面的法向量为,则,令,则.设平面的法向量,则,不妨令,则,所以平面的法向量为.所以,故所求二面角的正弦值为.7.(1)证明见解析(2)(3)【分析】(1)取的中点F,可得,再由线面平行的判定定理可得答案;(2)取的中点O,由面面垂直、线面垂直的性质定理得,,以O为坐标原点,直线,,分别为x,y,z轴建立空间直角坐标系,设,求出平面、平面的法向量,由二面角的向量求法求出可得答案;(3)设,,求出点到直线的距离,分、、可得答案.【详解】(1)取的中点F,连接,,又,点F是的中点,所以,,又,,所以,,所以四边形是平行四边形,所以,又平面,平面,所以平面;(2)取的中点O,连接,,如图所示, 因为为等边三角形,所以,又平面平面,平面平面,平面,所以平面,又平面,所以,,又,得,所以以O为坐标原点,直线,,分别为x,y,z轴建立空间直角坐标系,所以,,,,,设,,所以,又,设平面的法向量为,所以,令,解得,,所以平面的法向量.又,,设平面的法向量为,所以,令,解得,,所以平面的法向量.设平面与平面的夹角为,所以,解得,所以;(3)设,,所以,又,所以点到直线的距离,当时,;当时,,而,当时,取最小值,此时.综上,点到直线的距离的最小值为.8.(1)证明见解析(2)【分析】(1)如图,由题意可得,根据线面垂直的判定定理可得平面,结合面面垂直的判定定理即可证明;(2)建立如图空间直角坐标系,根据和空间向量的坐标表示求得,利用空间向量法求解线面角即可.【详解】(1)取的中点O,连接,,.因为E为中点,O为中点,所以.在三棱柱中,,则四边形是菱形,得,则,又,,,平面,所以平面.又因为平面,所以.因为是等边三角形,O为中点,所以.又因为,,,平面,所以平面.又因为面,所以平面平面.(2)连接.因为,,所以是等边三角形,所以.又平面平面,平面平面,平面,所以平面.由平面,得,又,如图,以O为原点,、、分别为x轴、y轴、z轴建立空间直角坐标系.则,,,,.设,又,即,得,所以,则,易知平面的一个法向量,所以,设直线与平面所成角为θ,则.9.(1)2(2).【分析】(1)先证明平面,推得即为直线与平面所成角,设,利用条件列出方程,求出的值即可;(2)方法1:取边上一点,连接,,,设,利用求得,取的中点,作,垂足为,连接,证明即为二面角的平面角,计算即得;方法2:以为坐标原点,建系如图,设,(),利用点到平面的空间向量计算公式求得,分别写出相关点的坐标,求出两平面的法向量坐标,利用夹角公式计算即得.【详解】(1)因平面,且平面,故.又因为四边形为矩形,所以,由,平面,平面,可得平面,故是在平面内的射影,则即为直线与平面所成角,设,则,由勾股定理得,,则在中,,解得即.(2)方法1:取边上一点,连接,,,设,因为,面,,在中,,则,因点到平面的距离为,故,由可得:,解得,所以.取的中点,作,垂足为,连接.因为,所以,又面,面,则,又因平面,则平面,又平面,所以,又,平面,故平面,又平面,所以,则即为二面角的平面角.在中,,因易得,则,由,可得,故平面与平面的夹角的大小为.方法2:由题三线两两垂直,故可以为坐标原点,以所在直线分别为轴,轴,轴,建立空间直角坐标系,设,()则,,,,所以,,,设平面的法向量,则,即,令,得,又因为点到平面的距离为,则,即,解得,所以,所以,,,,设平面法向量为,则即令,得.设平面与平面夹角为,则,又因为,所以平面与平面夹角为.10.(1)证明见解析(2)【分析】(1)取的中点,连接,由线面平行的判定定理证明即可;(2)建立空间直角坐标系,设,求出平面的法向量,利用坐标计算求解即可.【详解】(1)取的中点,连接,因为为中点,所以,,因为平面平面,所以.又因为,所以,所以四边形为平行四边形,所以;因为平面平面ABC,所以平面.(2)如图所示建立空间直角坐标系,设,则,,设为平面的法向量,则有得,令,得,显然平面的一个法向量可以为,因为二面角大小余弦值为,所以有.解得,即的长为3.11.(1)证明见解析(2)【分析】(1)过点作,垂足为,由面面垂直性质定理证明平面,再证明,建立空间直角坐标系,求直线和直线的方向向量,利用向量方法证明结论.(2)求平面的法向量,再由条件关系求的坐标,再求直线的方向向量,利用向量夹角公式求结论.【详解】(1)(1)延长,过点作,交于点,连接.由平面平面,平面平面,平面,则平面,由,,得,故,.又,得,则,即.以为坐标原点,以,,所在直线分别为轴,轴,轴建立空间直角坐标系,设,则,,,,所以,,因为,所以,即.(2)由(1)知,,设平面的法向量为,则,即,所以取,则,,所以为平面的一个法向量,设,由,得,所以,,,即点,所以.设直线与平面所成角为,则,故直线与平面所成角的正弦值为.12.(1)证明见解析(2)存在,且点为线段靠近的三等分点【分析】(1)取的中点为,连接、,证明出平面,再利用面面垂直的判定定理可证得结论成立;(2)以为原点,分别以、、所在直线为、、轴建立空间直角坐标系,设,,利用空间向量法可得出关于的等式,结合求出的值,即可得出结论.【详解】(1)取的中点为,连接、,作图如下:因为四边形是边长为正方形,所以,,在中,,则,因为,、平面,所以平面,因为平面,所以平面平面.(2)易知是以为斜边的等腰直角三角形,且为的中点,则,又因为平面,以为原点,分别以、、所在直线为、、轴建立空间直角坐标系,如下图所示:则、、、,设,则,设,,可得,解得,所以,则,,设平面的法向量,可得,令,则,,所以平面的一个法向量,由图易知平面的一个法向量,设平面与平面的夹角为,则,化简可得,解得或(舍去),所以存在满足题设条件的点,点为线段靠近的三等分点.13.(1)证明见解析(2)【分析】(1)取的中点O,由余弦定理求出,然后由勾股定理得,再由线面垂直的判定定理可得答案;(2)以O为原点,,,分别为x轴,y轴,z轴建立空间直角坐标系,设,由求出得点坐标,求出平面、平面的法向量,再由二面角的向量求法可得答案.【详解】(1)取的中点O,连接,,,在菱形中,,则为正三角形,,从而,由余弦定理,,又,正方形中,,所以,即.在正方形中,,,,平面,所以平面;(2)平面,则,又为中位线,,所以.在正三角形中,,由(1)知,平面,平面,则,而,所以,如图,以O为原点,,,分别为x轴,y轴,z轴建立空间直角坐标系,则,,,,,设,,则,由,解得点.,,,设平面的法向量为,由,取,则,平面的法向量为.设平面的法向量为,由,取,则,,平面的法向量为.设平面与平面的夹角为,则. 14.(1)证明见解析(2)【分析】(1)连接交于点,连接,证明即可;(2)以点为原点建立空间直角坐标系,利用向量法求解线面角.【详解】(1)连接交于点,连接,因为四边形为正方形,所以为的中点,又因E是棱PA的中点,所以,又平面,平面,所以平面;(2)如图,以点为原点建立空间直角坐标系,则,故,,设平面的法向量为,则有,可取,则,所以直线与平面所成角的正弦值为.15.(1)证明见解析(2)(3)【分析】(1)利用勾股定理可证得,再结合以及线面垂直的判定定理可证得结论成立;(2)推导出平面,,将四面体补成长方体,计算出长方体外接球的半径,再结合球体体积公式可求得结果;(3)以点为坐标原点,、、的方向分别为、、轴的正方向建立空间直角坐标系,设,,利用空间向量法求出的值,即可求出线段的长.【详解】(1)因为,,,所以,即.又因为,,、平面,所以平面(2)因为平面,平面,所以,由题可知,将四面体补成长方体,如下图所示:所以四面体的外接球即为长方体的外接球,该球的直径为,即,所以四面体ACDE的外接球的体积为.(3)因为平面,,以点为坐标原点,、、的方向分别为、、轴的正方向建立如下图所示的空间直角坐标系,设,,则、、、,则,,,设平面的法向量为,则,取,可得,设平面的法向量为,则,取,则,因为,解得,于是.16.(1)证明见解析(2)【分析】(1)由线面垂直的判定定理证明即可;(2)建立空间直角坐标系,求出平面和平面的法向量,再由向量的夹角公式计算即可.【详解】(1)因为底面四边形是正方形,所以,因为平面,且平面,所以,因为,平面,所以平面.(2)因为平面,底面四边形是正方形,所以以为原点,所在直线分别为轴,建立空间直角坐标系,有题意可得,所以,设平面的法向量为,则,令,得,所以,设平面的法向量为,则,令,得,所以,设二面角的平面角为,则,所以二面角的正弦值为.17.(1)证明见解析(2)(3)1【分析】(1)利用中位线可得线线平行,由线面平行的判定定理求证;(2)建立空间直角坐标系,利用向量法求解;(3)利用向量法求出点到平面的距离,再由体积公式得解.【详解】(1)连接交于,连接,如图,因为分别为中点,所以,又因为平面平面,平面,所以平面.(2)由题意,两两垂直,分别以为轴建立如图所示空间直角坐标系,则,,,设平面的法向量,则,令,则,设直线与平面的所成角为,则 ,所以.(3)由(2),平面的法向量,设到平面的距离为,则,又,所以,所以.18.(1)证明见解析(2)【分析】(1)法一:利用线面垂直的空间向量求法求解;法二:利用线面垂直的判定定理求证;(2)利用线面角的空间向量求法求解即可.【详解】(1)法一:为正三角形,为AD中点,,平面平面ABCD,交线为平面PAD,平面ABCD,由于EO和OD均在平面ABCD内,,四棱锥的底面是矩形,且为AD的中点,为AC的中点,两两垂直,以为原点,OE,OC,OP所在直线分别为x,y,z轴建立空间直角坐系,,,设平面POB的法向量为,则,即,令,得,可知平面POB,即平面POB法二:为正三角形,是AD中点,平面平面ABCD,平面平面平面平面ABCD,又平面四边形ABCD为矩形,为AD的中点,,在和中,,,,又PO,BO在平面POB内且相交,故平面PBO.(2),,设平面PCD法向量为,则,即,取,得,设直线EM与平面PCD所成角为,,直线EM与平面PCD所成角的正弦值19.(1)证明见解析(2)【分析】(1)由面面垂直可得线面垂直,再得线线垂直,可得线面垂直;(2)建立空间直角坐标系,利用向量法求平面与平面夹角的余弦即可.【详解】(1)因为平面底面,平面平面,,平面,所以平面 ,又平面,所以.又因为平面,平面,所以.又,平面,所以平面.(2)由(1)知平面,平面,所以,以点为坐标原点,所在直线分别为轴,过点A垂直底面的直线为轴,建立如图所示的空直角坐标系.因为平面,平面,所以.又,所以,得则,故,依题意,平面 的一个法向量为设平面的一个法向量为,则,即,取,则设平面与平面的夹角为,所以 ,因此平面与平面夹角的余弦值为20.(1)直线BE与平面没有交点(2)【分析】(1)根据平行四边形及平行公理得出线线平行,进而根据线面平行判定定理证明即可判断;(2)应用空间向量法求解线面角的正弦即可.【详解】(1)如图所示:取中点为点H,连接AH与EH,由题意易得四边形DCEH为矩形,故,又因为四边形ABCD为菱形,可得,故,故四边形ABEH为平行四边形,故.又因为平面.平面,故平面,即直线BE与平面没有交点.(2)连接AC,BD交于点O,取中点为F,因为,平面ABCD,所以平面ABCD,又因为ABCD为菱形,所以,以O为坐标原点,OB,OC,OF所在直线分别为x轴,y轴,z轴建立如图所示的空间直角坐标系,则,,,,,,,设平面的法向量为,则,令,则,,,设直线与平面所成角为,故,故直线与平面所成角的正弦值为.21.(1)(2)(3)【分析】(1)根据垂直关系建立空间直角坐标系,求解直线的方向向量,即可由向量的夹角求解,或者利用线线平行可得为异面直线与所成角的补角,即可利用三角形的边角关系求解,(2)求解平面法向量,根据向量的夹角即可求解,或者利用线面垂直可得为直线与平面所成的角,,即可利用三角形的边角关系求解,(3)求解两个平面的法向量,根据法向量的夹角即可求解,或者利用二面角的定义,结合几何法可得为二面角的一个平面角,利用三角形的边角关系即可求解.【详解】(1)方法一:过作垂直于,所以,结合,所以,,所以,,所以.取中点中点,因为,所以因为平面平面,平面平面,平面所以平面,又因为,所以.以为原点,,,的方向分别为轴,轴,轴的正方向建立空间直角坐标系.则,,,,,,,所以异面直线与所成角的余弦值为.方法二:过作垂直于,所以,所以,,所以,,所以.取中点,中点,中点,中点,所以,,所以为异面直线与所成角的补角.因为,所以,因为平面平面,平面平面,平面,所以平面.又因为,所以平面,平面,所以,在,,,所以.在中,,,由余弦定理得所以异面直线与所成角的余弦值为.(2)方法一: ,设平面的一个法向量分别为,,,由,令,则,所以,所以,所以直线与平面所成角的正弦值为.方法二:因为平面平面,平面平面,平面,,所以平面,因为平面,所以.过作,垂足为,由于,,平面,所以平面,所以为直线与平面所成的角,,所以直线与平面所成角的正弦值为.(3)方法一:设平面的一个法向量为,令,则,,所以,令,则,所以.又因为平面的一个法向量为,所以整理得,解得或(舍).所以.方法二:在棱上取一点,连接,过作,垂足为,连接,因为平面,为在平面内的射影,所以,所以为二面角的一个平面角,在中,因为,,所以,在中,因为,所以,,所以,在中,由正弦定理,得,所以.22.(1)证明见解析(2)(3)【分析】(1)根据垂直关系建立空间直角坐标系,通过证明向量与平面的一个法向量垂直即可证明;(2)先求出平面的一个法向量,再由坐标运算求出两个平面的法向量夹角余弦值的绝对值,即为所求;(3)利用空间向量公式求出点E到平面的距离,由勾股定理的逆定理求得,进而求出的面积,即可求得四面体的体积.【详解】(1)因为平面,且平面,所以,,又,则以A为原点,分别以的方向为x轴,y轴,z轴正方向建立空间直角坐标系 (如图),则,.因为,,又平面,所以平面,故是平面的一个法向量, 又,所以, 又因为平面所以平面.(2)设为平面的一个法向量,则,又, ,所以,令,可得. 又因为是平面的一个法向量,设平面与平面夹角为,则,所以平面与平面夹角的余弦值为.(3)因为,平面的一个法向量,所以点E到平面的距离 ,因为,,又平面,,则平面,又平面,所以,,又,,则,在中:,, ,所以,所以,所以, 所以四面体体积.答案第36页,共39页答案第37页,共39页 展开更多...... 收起↑ 资源预览