【数学】2020届一轮复习(理)通用版考点测试46直线、平面垂直的判定及其性质作业

申明敬告: 本站不保证该用户上传的文档完整性,不预览、不比对内容而直接下载产生的反悔问题本站不予受理。

文档介绍

【数学】2020届一轮复习(理)通用版考点测试46直线、平面垂直的判定及其性质作业

考点测试46 直线、平面垂直的判定及其性质 ‎                  ‎ 高考概览 考纲研读 ‎1.以立体几何的定义、公理和定理为出发点,认识和理解空间中线、面垂直的有关性质与判定定理 ‎2.能运用公理、定理和已获得的结论证明一些空间图形的垂直关系的简单命题 一、基础小题 ‎1.下列条件中,能判定直线l⊥平面α的是(  )‎ A.l与平面α内的两条直线垂直 B.l与平面α内无数条直线垂直 C.l与平面α内的某一条直线垂直 D.l与平面α内任意一条直线垂直 答案 D 解析 由直线与平面垂直的定义,可知D正确.‎ ‎2.设l,m,n均为直线,其中m,n在平面α内,则“l⊥α”是“l⊥m且l⊥n”的(  )‎ A.充分不必要条件 B.必要不充分条件 C.充要条件 D.既不充分也不必要条件 答案 A 解析 当l⊥α时,l⊥m且l⊥n.但当l⊥m,l⊥n时,若m,n 不是相交直线,则得不到l⊥α.即l⊥α是l⊥m且l⊥n的充分不必要条件.故选A.‎ ‎3.给出下列四个命题:‎ ‎①垂直于同一平面的两条直线相互平行;‎ ‎②垂直于同一平面的两个平面相互平行;‎ ‎③若一个平面内有无数条直线与另一个平面都平行,那么这两个平面相互平行;‎ ‎④若一条直线垂直于一个平面内的任一直线,那么这条直线垂直于这个平面.‎ 其中真命题的个数是(  )‎ A.1 B.‎2 C.3 D.4‎ 答案 B 解析 由直线与平面垂直的性质,可知①正确;正方体的相邻的两个侧面都垂直于底面,而不平行,故②错误;由直线与平面垂直的定义知④正确,而③错误.‎ ‎4.若空间三条直线a,b,c满足a⊥b,b⊥c,则直线a与c(  )‎ A.一定平行 B.一定相交 C.一定是异面直线 D.平行、相交、异面直线都有可能 答案 D 解析 当a,b,c共面时,a∥c;当a,b,c不共面时,a与c可能异面也可能相交.‎ ‎5.下列命题中错误的是(  )‎ A.如果平面α⊥平面β,那么平面α内一定存在直线平行于平面β B.如果平面α不垂直于平面β,那么平面α内一定不存在直线垂直于平面β C.如果平面α⊥平面γ,平面β⊥平面γ,α∩β=l,那么l⊥平面γ D.如果平面α⊥平面β,那么平面α内所有直线都垂直于平面β 答案 D 解析 对于D,若平面α⊥平面β,则平面α内的直线可能不垂直于平面β,即与平面β的关系还可以是斜交、平行或在平面β内,其他选项易知均是正确的.‎ ‎6.如图,在斜三棱柱ABC-A1B‎1C1中,∠BAC=90°,BC1⊥AC,则C1在底面ABC上的射影H必在(  )‎ A.直线AB上 B.直线BC上 C.直线AC上 D.△ABC内部 答案 A 解析 由AC⊥AB,AC⊥BC1,∴AC⊥平面ABC1.‎ 又∵AC⊂平面ABC,∴平面ABC1⊥平面ABC.‎ ‎∴C1在平面ABC上的射影H必在两平面交线AB上.‎ ‎7.如图所示,在立体图形D-ABC中,若AB=CB,AD=CD,E是AC的中点,则下列结论正确的是(  )‎ A.平面ABC⊥平面ABD B.平面ABD⊥平面BDC C.平面ABC⊥平面BDE,且平面ADC⊥平面BDE D.平面ABC⊥平面ADC,且平面ADC⊥平面BDE 答案 C 解析 因为AB=CB,且E是AC的中点,‎ 所以BE⊥AC,同理有DE⊥AC,‎ 而BE∩DE=E,所以AC⊥平面BDE.‎ 因为AC在平面ABC内,所以平面ABC⊥平面BDE.‎ 又由于AC在平面ADC内,‎ 所以平面ADC⊥平面BDE.故选C.‎ ‎8.如图所示,已知六棱锥P-ABCDEF的底面是正六边形,PA⊥平面ABCDEF,PA=2AB,则下列结论正确的是(  )‎ A.PA⊥AD B.平面ABCDEF⊥平面PBC C.直线BC∥平面PAE D.直线PD与平面ABCDEF所成的角为30°‎ 答案 A 解析 因为PA⊥平面ABCDEF,所以PA⊥AD,故选项A正确;选项B中两个平面不垂直,故选项B错;选项C中,AD与平面PAE相交,BC∥AD,故选项C错;选项D中,PD与平面ABCDEF所成的角为45°,故选项D错.故选A.‎ 二、高考小题 ‎9.(2017·全国卷Ⅲ)在正方体ABCD-A1B‎1C1D1中,E为棱CD的中点,则(  )‎ A.A1E⊥DC1 B.A1E⊥BD C.A1E⊥BC1 D.A1E⊥AC 答案 C 解析 如图,∵A1E在平面ABCD上的投影为AE,而AE不与AC,BD垂直,∴B,D错误;‎ ‎∵A1E在平面BCC1B1上的投影为B‎1C,且B‎1C⊥BC1,‎ ‎∴A1E⊥BC1,故C正确;‎ ‎(证明:由条件易知,BC1⊥B‎1C,BC1⊥CE,又CE∩B‎1C=C,∴BC1⊥平面CEA1B1.又A1E⊂平面CEA1B1,‎ ‎∴A1E⊥BC1)‎ ‎∵A1E在平面DCC1D1上的投影为D1E,而D1E不与DC1垂直,故A错误.故选C.‎ 解法二(空间向量法):建立如图所示的空间直角坐标系,设正方体的棱长为1,则A(1,0,0),B(1,1,0),C(0,1,0),D(0,0,0),A1(1,0,1),C1(0,1,1),E,‎ ‎∴=,=(0,1,1),=(-1,-1,0),=(-1,0,1),=(-1,1,0),∴·≠0,·≠0,·=0,·≠0,∴A1E⊥BC1.故选 C.‎ ‎10.(2015·福建高考)若l,m是两条不同的直线,m垂直于平面α,则“l⊥m”是“l∥α”的(  )‎ A.充分而不必要条件 B.必要而不充分条件 C.充分必要条件 D.既不充分也不必要条件 答案 B 解析 由“m⊥α且l⊥m”推出“l⊂α或l∥α”,但由“m⊥α且l∥α”可推出“l⊥m”,所以“l⊥m”是“l∥α”的必要而不充分条件.故选B.‎ 三、模拟小题 ‎11.(2018·大连双基测试)已知互不重合的直线a,b,互不重合的平面α,β,γ,给出下列四个命题,错误的命题是(  )‎ A.若a∥α,a∥β,α∩β=b,则a∥b B.若α⊥β,a⊥α,b⊥β,则a⊥b C.若α⊥β,α⊥γ,β∩γ=a,则a⊥α D.若α∥β,a∥α,则a∥β 答案 D 解析 构造一个长方体ABCD-A1B‎1C1D1.对于D,平面ABCD∥平面A1B‎1C1D1,A1B1∥平面ABCDA1B1∥平面A1B‎1C1D1.‎ ‎12.(2018·河南安阳二模)已知a,b表示两条不同的直线,α,β表示两个不同的平面,下列说法错误的是(  )‎ A.若a⊥α,b⊥β,α∥β,则a∥b B.若a⊥α,b⊥β,a⊥b,则α⊥β C.若a⊥α,a⊥b,α∥β,则b∥β D.若α∩β=a,a∥b,则b∥α或b∥β 答案 C 解析 对于A,若a⊥α,α∥β,则a⊥β,又b⊥β,故a∥b,A正确;对于B,若a⊥α,a⊥b,则b⊂α或b∥α,∴存在直线m⊂α,使得m∥b,又b⊥β,∴m⊥β,∴α⊥β,故B正确;对于C,若a⊥α,a⊥b,则b⊂α或b∥α,又α∥β,∴b⊂β或b∥β,故C错误;对于D,若α∩β=a,a∥b,则b∥α或b∥β,‎ 故D正确,故选C.‎ ‎13.(2018·安徽亳州模拟)如图甲所示,在正方形ABCD中,E,F分别是BC,CD的中点,G是EF的中点,现在沿AE,AF及EF把这个正方形折成一个四面体,使B,C,D三点重合,重合后的点记为H,如图乙所示,那么,在四面体A-EFH中必有(  )‎ A.AH⊥平面EFH B.AG⊥平面EFH C.HF⊥平面AEF D.HG⊥平面AEF 答案 A 解析 ∵AH⊥HE,AH⊥HF,且EH∩HF=H,∴AH⊥平面EFH,A正确;∵过A只有一条直线与平面EFH垂直,∴B不正确;∵AG⊥EF,EF⊥AH,AG∩AH=A,∴EF⊥平面HAG,∵EF⊂平面AEF,∴平面HAG⊥AEF,∴过H作平面AEF的垂线,一定在平面HAG内,∴C不正确;∵HG不垂直于AG,∴HG⊥平面AEF不正确,∴D不正确,故选A.‎ ‎14.(2018·福建泉州二模)在下列四个正方体ABCD-A1B‎1C1D1中,E,F,G均为所在棱的中点,过E,F,G作正方体的截面,则在各个正方体中,直线BD1与平面EFG不垂直的是(  )‎ 答案 D 解析 如图,在正方体中,E,F,G,M,N,Q均为所在棱的中点,易知E,F,G,M,N,Q六个点共面,直线BD1与平面EFMNQG垂直,并且选项A,B,C中的平面与这个平面重合,不满足题意,只有选项D中的直线BD1与平面EFG不垂直,满足题意.故选D.‎ ‎15.(2018·南昌模拟)如果PA,PB,PC两两垂直,那么点P在平面ABC内的投影一定是△ABC的(  )‎ A.重心 B.内心 C.外心 D.垂心 答案 D 解析 如图,O是点P在平面ABC内的投影,连接OA,OB,OC,‎ ‎∵PA,PB,PC两两垂直,∴PA⊥平面PBC,‎ 又BC⊂平面PBC,∴PA⊥BC,‎ 而PO⊥平面ABC,BC⊂平面ABC,∴PO⊥BC,‎ 又PA∩PO=P,∴BC⊥平面PAO.‎ 又AO⊂平面PAO,∴BC⊥AO.‎ 同理可知AC⊥BO,AB⊥CO.‎ ‎∴O为△ABC的垂心.故选D.‎ ‎16.(2018·南昌摸底)如图,四棱锥P-ABCD中,△PAB与△PBC是正三角形,平面PAB⊥平面PBC,AC⊥BD,则下列结论不一定成立的是(  )‎ A.PB⊥AC B.PD⊥平面ABCD C.AC⊥DP D.平面PBD⊥平面ABCD 答案 B 解析 取BP中点O,连接OA,OC,易得BP⊥OA,BP⊥OC⇒BP⊥面OAC⇒BP⊥AC⇒选项A正确;又AC⊥BD⇒AC⊥面BDP⇒AC⊥PD,平面PBD⊥平面ABCD,所以选项C,D也正确.故选B.‎ ‎17.(2018·山西临汾模拟)如图,已知四边形ABCD是边长为1的正方形,MD ‎⊥平面ABCD,NB⊥平面ABCD,且MD=NB=1,E为MC的中点,则下列结论不正确的是(  )‎ A.平面BCE⊥平面ABN B.MC⊥AN C.平面CMN⊥平面AMN D.平面BDE∥平面AMN 答案 C 解析 分别过A,C作平面ABCD的垂线AP,CQ,使得AP=CQ=1,连接PM,PN,QM,QN,将几何体补成棱长为1的正方体.∴BC⊥平面ABN,又BC⊂平面BCE,∴平面BCE⊥平面ABN,故A正确;连接PB,则PB∥MC,显然,PB⊥AN,∴MC⊥AN,故B正确;取MN的中点F,连接AF,CF,AC.∵△AMN和△CMN都是边长为的等边三角形,∴AF⊥MN,CF⊥MN,‎ ‎∴∠AFC为二面角A-MN-C的平面角,∵AF=CF=,AC=,∵AF2+CF2≠AC2,即∠AFC≠,‎ ‎∴平面CMN与平面AMN不垂直,故C错误;∵DE∥AN,MN∥BD,DE∩BD=D,DE,BD⊂平面BDE,MN∩AN=N,MN,AN⊂平面AMN,∴平面BDE∥平面AMN,故D正确,故选C.‎ ‎18.(2018·西安六校联考)已知四棱锥P-ABCD的底面ABCD是矩形,PA⊥底面ABCD,点E,F分别是棱PC,PD的中点,则 ‎①棱AB与PD所在的直线垂直;②平面PBC与平面ABCD垂直;③△PCD的面积大于△PAB的面积;④直线AE与直线BF是异面直线.‎ 以上结论正确的是________.(写出所有正确结论的序号)‎ 答案 ①③‎ 解析 由条件可得AB⊥平面PAD,∴AB⊥PD,‎ 故①正确;∵PA⊥平面ABCD,‎ ‎∴平面PAB,平面PAD都与平面ABCD垂直.‎ 故平面PBC不可能与平面ABCD垂直,故②错误;‎ ‎∵S△PCD=CD·PD,S△PAB=AB·PA,‎ 由AB=CD,PD>PA,可知③正确;‎ 由E,F分别是棱PC,PD的中点可得EF∥CD,‎ 又AB∥CD,∴EF∥AB,故AE与BF共面,故④错误.‎ 一、高考大题 ‎1.(2018·全国卷Ⅰ)如图,四边形ABCD为正方形,E,F分别为AD,BC的中点,以DF为折痕把△DFC折起,使点C到达点P的位置,且PF⊥BF.‎ ‎(1)证明:平面PEF⊥平面ABFD;‎ ‎(2)求DP与平面ABFD所成角的正弦值.‎ 解 (1)证明:由已知可得,BF⊥PF,BF⊥EF,‎ 又PF∩EF=F,所以BF⊥平面PEF.‎ 又BF⊂平面ABFD,所以平面PEF⊥平面ABFD.‎ ‎(2)作PH⊥EF,垂足为H.‎ 由(1),得PH⊥平面ABFD.‎ 以H为坐标原点,的方向为y轴正方向,||为单位长,建立如图所示的空间直角坐标系Hxyz.‎ 由(1)可得,DE⊥PE.又DP=2,DE=1,所以PE=.‎ 又PF=1,EF=2,故PE⊥PF.‎ 所以PH=,EH=,则H(0,0,0),P,D,=,=0,0,为平面ABFD的法向量.‎ 设DP与平面ABFD所成的角为θ,‎ 则sinθ===.‎ 所以DP与平面ABFD所成角的正弦值为.‎ ‎2.(2018·北京高考)如图,在三棱柱ABC-A1B‎1C1中,CC1⊥平面ABC,D,E,F,G分别为AA1,AC,A‎1C1,BB1的中点,AB=BC=,AC=AA1=2.‎ ‎(1)求证:AC⊥平面BEF;‎ ‎(2)求二面角B-CD-C1的余弦值;‎ ‎(3)证明:直线FG与平面BCD相交.‎ 解 (1)证明:在三棱柱ABC-A1B‎1C1中,‎ 因为CC1⊥平面ABC,所以四边形A1ACC1为矩形,‎ 又E,F分别为AC,A‎1C1的中点,所以AC⊥EF.‎ 因为AB=BC,所以AC⊥BE.‎ 所以AC⊥平面BEF.‎ ‎(2)由(1)知AC⊥EF,AC⊥BE,EF∥CC1.‎ 又CC1⊥平面ABC,所以EF⊥平面ABC.‎ 因为BE⊂平面ABC,所以EF⊥BE.‎ 如图建立空间直角坐标系Exyz.‎ 由题意得B(0,2,0),C(-1,0,0),D(1,0,1),F(0,0,2),G(0,2,1).‎ 所以=(-1,-2,0),=(1,-2,1).‎ 设平面BCD的法向量为n=(x0,y0,z0),‎ 则则 令y0=-1,则x0=2,z0=-4.‎ 于是n=(2,-1,-4).‎ 又因为平面CC1D的一个法向量为=(0,2,0),‎ 所以cos〈n,〉==-.‎ 由题知二面角B-CD-C1为钝角,所以其余弦值为-.‎ ‎(3)证明:由(2)知平面BCD的一个法向量为 n=(2,-1,-4),=(0,2,-1).‎ 因为n·=2×0+(-1)×2+(-4)×(-1)=2≠0,所以直线FG与平面BCD相交.‎ ‎3.(2017·全国卷Ⅲ)如图,四面体ABCD中,△ABC是正三角形,△ACD是直角三角形,∠ABD=∠CBD,AB=BD.‎ ‎(1)证明:平面ACD⊥平面ABC;‎ ‎(2)过AC的平面交BD于点E,若平面AEC把四面体ABCD分成体积相等的两部分,求二面角D-AE-C的余弦值.‎ 解 (1)证明:由题设可得△ABD≌△CBD,‎ 从而AD=CD.‎ 又△ACD是直角三角形,所以∠ADC=90°.‎ 取AC的中点O,连接DO,BO,则DO⊥AC,DO=AO.‎ 又因为△ABC是正三角形,故BO⊥AC,‎ 所以∠DOB为二面角D-AC-B的平面角.‎ 在Rt△AOB中,BO2+AO2=AB2,‎ 又AB=BD,所以BO2+DO2=BO2+AO2=AB2=BD2,‎ 故∠DOB=90°.‎ 所以平面ACD⊥平面ABC.‎ ‎(2)由题设及(1)知,OA,OB,OD两两垂直,‎ 以O为坐标原点,的方向为x轴正方向,||为单位长度,建立如图所示的空间直角坐标系Oxyz,‎ 则A(1,0,0),B(0,,0),C(-1,0,0),D(0,0,1).‎ 由题设知,四面体ABCE的体积为四面体ABCD的体积的,从而E到平面ABC的距离为D到平面ABC的距离的,即E为DB的中点,得E,‎ 故=(-1,0,1),=(-2,0,0),‎ =.‎ 设n=(x,y,z)是平面DAE的法向量,‎ 则即 可取n=.‎ 设m是平面AEC的法向量,则 同理可取m=(0,-1,),‎ 则cos〈n,m〉==.‎ 所以二面角D-AE-C的余弦值为.‎ 二、模拟大题 ‎4.(2018·河南郑州二模)如图所示,在四棱锥P-ABCD中,PA⊥平面ABCD,△DAB≌△DCB,E为线段BD上的一点,且EB=ED=EC=BC,连接CE并延长交AD于F.‎ ‎(1)若G为PD的中点,求证:平面PAD⊥平面CGF;‎ ‎(2)若BC=2,PA=3,求平面BCP与平面DCP所成锐二面角的余弦值.‎ 解 (1)证明:在△BCD中,EB=ED=EC=BC,‎ 故∠BCD=,∠CBE=∠CEB=,连接AE,‎ ‎∵△DAB≌△DCB,∴△EAB≌△ECB,‎ 从而有∠FED=∠BEC=∠AEB=,AE=CE=DE.‎ ‎∴∠AEF=∠FED=,‎ 故EF⊥AD,AF=FD.‎ 又PG=GD,∴GF∥PA.‎ 又PA⊥平面ABCD,故GF⊥平面ABCD,‎ ‎∴GF⊥AD,又GF∩EF=F,故AD⊥平面CFG.‎ 又AD⊂平面PAD,∴平面PAD⊥平面CGF.‎ ‎(2)以点A为坐标原点建立如图所示的空间直角坐标系,‎ 则A(0,0,0),B(2,0,0),C(3,,0),D(0,2,0),P(0,0,3).‎ 故=(1,,0),=(-3,-,3),=(-3,,0).‎ 设平面BCP的一个法向量为n1=(1,y1,z1),‎ 则解得 即n1=1,-,.‎ 设平面DCP的一个法向量为n2=(1,y2,z2),‎ 则解得 即n2=(1,,2).‎ 从而平面BCP与平面DCP所成锐二面角的余弦值为==.‎ ‎5.(2018·江西南昌二中模拟)如图,在等腰梯形ABCD中,∠ABC=60°,CD=2,AB=4,点E为AB的中点,现将该梯形中的三角形BEC沿线段EC折起,形成四棱锥B-AECD.‎ ‎(1)在四棱锥B-AECD中,求证:AD⊥BD;‎ ‎(2)若平面BEC与平面AECD所成二面角的平面角为120°,求直线AE与平面ABD所成角的正弦值.‎ 解 (1)证明:由三角形BEC沿线段EC折起前,∠ABC=60°,CD=2,AB=4,点E为AB的中点,得三角形BEC沿线段EC折起后,四边形AECD为菱形,边长为2,∠DAE=60°,如图,取EC的中点F,连接DF,BF,DE.‎ ‎∵△BEC和△DEC均为正三角形,‎ ‎∴EC⊥BF,EC⊥DF,又BF∩DF=F,‎ ‎∴EC⊥平面BFD,‎ ‎∵AD∥EC,∴AD⊥平面BFD,‎ ‎∵BD⊂平面BFD,∴AD⊥BD.‎ ‎(2)以F为坐标原点,建立如图的空间直角坐标系,‎ 由EC⊥平面BFD,知z轴在平面BFD内,‎ ‎∵BF⊥EC,DF⊥EC,‎ ‎∴∠BFD为平面BEC与平面AECD所成二面角的平面角,∴∠BFD=120°,∴∠BFz=30°,‎ 又∵BF=,‎ ‎∴点B的横坐标为-,点B的竖坐标为.‎ 因D(,0,0),E(0,1,0),A(,2,0),B-,0,,‎ 故=(-,-1,0),=,0,-,=(0,-2,0).‎ 设平面ABD的法向量为n=(x,y,z),‎ ‎∴ 得 令x=1,得y=0,z=,‎ ‎∴平面ABD的一个法向量为n=(1,0,),‎ ‎∴cos〈,n〉= ‎= ‎=-,‎ ‎∵直线AE与平面ABD所成角为锐角,‎ ‎∴直线AE与平面ABD所成角的正弦值为.‎ ‎6.(2018·江西联考)如图,在三棱柱ABC-A1B‎1C1中,B1B=B‎1A=AB=BC,∠B1BC=90°,D为AC的中点,AB⊥B1D.‎ ‎(1)求证:平面ABB‎1A1⊥平面ABC;‎ ‎(2)在线段CC1(不含端点)上,是否存在点E,使得二面角E-B1D-B的余弦值为-?若存在,求出的值;若不存在,说明理由.‎ 解 ‎ ‎(1)证明:取AB的中点O,连接OD,OB1.‎ 因为B1B=B‎1A,‎ 所以OB1⊥AB.‎ 又AB⊥B1D,OB1∩B1D=B1,‎ 所以AB⊥平面B1OD.‎ 因为OD⊂平面B1OD,‎ 所以AB⊥OD.‎ 由已知条件知,BC⊥BB1,‎ 又OD∥BC,所以OD⊥BB1.‎ 因为AB∩BB1=B,所以OD⊥平面ABB‎1A1.‎ 因为OD⊂平面ABC,所以平面ABB‎1A1⊥平面ABC.‎ ‎(2)由(1)知OB,OD,OB1两两垂直,所以以O为坐标原点,的方向为x轴的方向,||为单位长度1,建立如图所示的空间直角坐标系.‎ 由题设知,B1(0,0,),B(1,0,0),D(0,1,0),A(-1,0,0),C(1,2,0),C1(0,2,),∴=(0,1,-),=(1,0,-),设=λ(0<λ<1),‎ 则=+=(1-λ,2,(λ-1)).‎ 设平面BB1D的法向量为m=(x1,y1,z1),‎ 则得 令z1=1,则x1=y1=,所以平面BB1D的一个法向量m=(,,1).‎ 设平面B1DE的法向量为n=(x2,y2,z2),‎ 则得 令z2=1,则x2=,y2=,‎ 所以平面B1DE的一个法向量n=.‎ 设二面角E-B1D-B的大小为θ,‎ 则cosθ===-.‎ 解得λ=.‎ 所以在线段CC1上存在点E,使得二面角E-B1D-B的余弦值为-,此时=.‎
查看更多

相关文章

您可能关注的文档