【2022届走向高考】高三数学一轮(北师大版)基础巩固：第8章-第3节-空间图形的基本关系与公理.docx

第八章　第三节

一、选择题
1．下列命题中，不是公理的是(　　)
A．平行于同一个平面的两个平面相互平行
B．过不在同一条直线上的三点，有且只有一个平面
C．假如一条直线上的两点在一个平面内，那么这条直线上全部的点都在此平面内
D．假如两个不重合的平面有一个公共点，那么它们有且只有一条过该点的公共直线
[答案]　A
[解析]　由空间几何中的公理可知，仅有A不是公理，其余皆为公理．
2．如图，α∩β＝l，A，B∈α，C∈β，且C∉l，直线AB∩l＝M，过A，B，C三点的平面记作γ，则γ与β的交线必通过(　　)

A．点A B．点B
C．点C但不过点M D．点C和点M
[答案]　D
[解析]　∵ABγ，M∈AB，∴M∈γ.
又α∩β＝l，M∈l，∴M∈β.
依据公理3可知，M在γ与β的交线上．
同理可知，点C也在γ与β的交线上．
3．设l是直线，α，β是两个不同的平面(　　)
A．若l∥α，l∥β，则α∥β B．若l∥α，l⊥β，则α⊥β
C．若α⊥β，l⊥α，则l⊥β D．若α⊥β，l∥α，则l⊥β
[答案]　B
[解析]　A选项中由l∥α，l∥β不能确定α与β的位置关系，C选项中由α⊥β，l⊥α可推出l∥β或lβ，D选项由α⊥β，l∥α不能确定l与β的位置关系．
4．(文)已知a、b是异面直线，直线c∥直线a，则c与b(　　)
A．确定是异面直线 B．确定是相交直线
C．不行能是平行直线 D．不行能是相交直线
[答案]　C
[解析]　a、b是异面直线，直线c∥直线A．因而c不与b平行，否则，若c∥b，则a∥b，与已知冲突，因而c不与b平行．
(理)给出下列命题：
①和一条直线都相交的两条直线在同一个平面内；
②三条两两相交的直线在同一个平面内；
③有三个不同公共点的两个平面重合；
④两两平行的三条直线确定三个平面．
其中正确命题的个数是(　　)
A．0 B．1
C．2 D．3
[答案]　A
[解析]　对于①两条直线可以异面；
对于②三条直线若交于一点，则可以异面；
对于③这三点若共线，则两平面可以相交；
对于④两两平行的三条直线也可以在三个平面．
5．已知m，n是两条不同的直线，α，β是两个不同的平面，则下列命题中正确的是(　　)
A．若α⊥β，α∩β＝m，n⊥m，则n⊥α或n⊥β
B．若m不垂直于α，则m不行能垂直于α内的很多条直线
C．若α∩β＝m，n∥m，且n⃘α，n⃘β，则n∥α且n∥β
D．若α⊥β，m∥n，n⊥β，则m∥α
[答案]　C
[解析]　∵n∥m，mα，n⃘α，
∴n∥α，同理有n∥β，故C正确．
6．(文)已知a，b是两条不同的直线，α，β，γ是三个不同的平面，下列命题中：
①若α∩β＝a，β∩γ＝b，且a∥b，则α∥γ；
②若a，b相交，且都在α，β外，a∥α，a∥β，b∥α，b∥β，则α∥β；
③若α⊥β，α∩β＝a，bβ，a⊥b，则b⊥α；
④若aα，bα，l⊥a，l⊥b，则l⊥α.其中正确命题的序号是(　　)
A．①②③ B．①③
C．②③ D．①②③④
[分析]　本题是争辩直线与平面的平行与垂直关系的问题，解答时留意选择合适的图形来说明，还要能举出反例．
[答案]　C
[解析]　①错误，三个平面可以两两相交且交线相互平行；④错误，a，b相交时结论才成立．
(理)如图，在棱长为2的正方体ABCD－A1B1C1D1中，O是底面ABCD的中心，E、F分别是CC1，AD的中点，那么异面直线OE与FD1所成角的余弦值等于(　　)

A．　 B．　
C．　 D．
[答案]　B
[解析]　取C1D1的中点G，连OG，GE，易知∠GOE就是两直线OE与FD1所成的角或所成角的补角．
在△GOE中由余弦定理知cos∠GOE＝
＝＝.
二、填空题
7．平面α、β相交，在α、β内各取两点，这四点都不在交线上，这四点能确定________个平面．
[答案]　1或4
[解析]　若过四点中任意两点的连线与另外两点的连线相交或平行，则确定一个平面；否则确定四个平面．
8．(文)已知a，b为不垂直的异面直线，α是一个平面，则a，b在α上的射影有可能是：
①两条平行直线；
②两条相互垂直的直线；
③同一条直线；
④一条直线及其外一点．
在上面结论中，正确结论的编号是________(写出全部正确结论的编号)．
[答案]　①②④
[解析]　只有当a∥b时，a，b在α上的射影才可能是同一条直线，故③错，其余都有可能．
(理)对于空间三条直线，有下列四个条件：
①三条直线两两相交且不共点；
②三条直线两两平行；
③三条直线共点；
④有两条直线平行，第三条直线和这两条直线都相交．
其中，使三条直线共面的充分条件有________．
[答案]　①④
[解析]　①中两直线相交确定平面，则第三条直线在这个平面内；
②中可有线和平面平行；
③中直线最多可确定3个平面；
④同①.
9．空间四边形ABCD中，各边长均为1，若BD＝1，则AC的取值范围是________．
[答案]　(0，)
[解析]　如图①所示，△ABD与△BCD均为边长为1的正三角形，当△ABD与△CBD重合时，AC＝0，将△ABD以BD为轴转动，到A，B，C，D四点共面时，AC＝，如图②，故AC的取值范围是0<AC<.

三、解答题
10．如图，空间四边形ABCD中，E、F、G、H分别为AB、BC、CD、AD上的点，请回答下列问题：

(1)满足什么条件时，四边形EFGH为平行四边形？
(2)满足什么条件时，四边形EFGH为矩形？
(3)满足什么条件时，四边形EFGH为正方形？
[分析]　四边形是平行四边形、矩形、正方形，首先转化为线线平行问题，而证线线平行或用平面几何的方法也可用公理4.
[解析]　本题是一个开放性问题．
(1)E、F、G、H为所在边的中点时，四边形EFGH为平行四边形．证明如下：
∵E、H分别是AB、AD的中点，∴EH∥BD，且EH＝BD．
同理，FG∥BD，且FG＝BD，从而EH∥FG，且EH＝FG，
所以四边形EFGH为平行四边形．
一般地＝＝＝时四边形EFGH为平行四边形．
(2)＝＝＝且BD⊥AC时，四边形EFGH为矩形．
(3)当E、F、G、H为所在边的中点且BD⊥AC，AC＝BD时，四边形EFGH为正方形．
[点评]　上述答案并不唯一，如当AEAB＝AHAD＝CFCB＝CGCD时，四边形EFGH也为平行四边形.

一、选择题
1．(文)对两条不相交的空间直线a与b，必存在平面α，使得(　　)
A．aα，bα B．aα，b∥α
C．a⊥α，b⊥α D．aα，b⊥α
[答案]　B
[解析]　a、b异面时，A错，C错；若D正确，则必有a⊥b，故排解A、C、D，选B．
(理)一个正方体纸盒开放后如图，在原正方体纸盒中有下列结论：
①AB⊥EF；②AB与CM成60°的角；③EF与MN是异面直线；④MN∥CD．其中正确的是(　　)

A．①② B．③④
C．②③ D．①③
[答案]　D
[解析]　如图，画出折叠后的正方体后，由正方体的性质知①③正确，故选D．

2．(文)如图是某个正方体的侧面开放图，l1，l2是两条侧面对角线，则在正方体中，l1与l2(　　)

A．相互平行
B．异面且相互垂直
C．异面且夹角为
D．相交且夹角为
[答案]　D
[解析]　将侧面开放图还原成正方体如图所示，则B，C两点重合．故l1与l2相交，连接AD，△ABD为正三角形，所以l1与l2的夹角为.故选D．
(理)(2022·安徽高考)从正方体六个面的对角线中任取两条作为一对，其中所成的角为60°的共有(　　)
A．24对 B．30对
C．48对 D．60对
[答案]　C
[解析]　解法1：先找出正方体一个面上的对角线与其余面对角线成60°角的对数，然后依据正方体六个面的特征计算总对数．
如图，在正方体ABCD－A1B1C1D1中，与面对角线AC成60°角的面对角线有B1C，BC1，C1D，CD1，A1D，AD1，A1B，AB1共8条，同理与BD成60°角的面对角线也有8条，因此一个面上的对角线与其相邻4个面的对角线，共组成16对，又正方体共有6个面，全部共有16×6＝96对．由于每对都被计算了两次(例如计算与AC成60°角时，有AD1，计算与AD1成60°角时有AC，故AD1与AC这一对被计算了2次)，因此共有×96＝48对．
解法2：间接法．正方体的面对角线共有12条，从中任取2条有C种取法，其中相互平行的有6对，相互垂直的有12对，∴共有C－6－12＝48对．
二、填空题
3．已知线段AB、CD分别在两条异面直线上，M、N分别是线段AB、CD的中点，则MN________(AC＋BD)(填“>”，“<”或“＝”)．
[答案]　<
[解析]　如图所示，四边形ABCD是空间四边形，而不是平面四边形，要想求MN与AB、CD的关系，必需将它们转化到平面来考虑．我们可以连接AD，取AD的中点为G，再连接MG、NG，在△ABD中，M、G分别是线段AB、AD的中点，则MG∥BD，且MG＝BD，同理，在△ADC中，NG∥AC，且NG＝AC，又依据三角形的三边关系知，MN<MG＋NG，即MN<BD＋AC＝(AC＋BD)．
4．如图，在正方体ABCD－A1B1C1D1中，M，N分别是棱C1D1，C1C的中点．给出以下四个结论：
①直线AM与直线C1C相交；
②直线AM与直线BN平行；
③直线AM与直线DD1异面；
④直线BN与直线MB1异面．
其中正确结论的序号为________．(留意：把你认为正确的结论序号都填上)
[答案]　③④
[解析]　AM与C1C异面，故①错；AM与BN异面，故②错；③，④正确．
三、解答题
5．已知四棱锥P－ABCD以及其三视图如图所示，其中正视图和侧视图都是直角三角形，俯视图是矩形．

(1)求此四棱锥的体积；
(2)若E是PD的中点，求证：AE⊥平面PCD；
(3)在(2)的条件下，若F是PC的中点，证明：直线AE和直线BF既不平行也不异面．
[解析]　(1)由题意可知，四棱锥P－ABCD的底面是边长为2的正方形，高h＝2，所以此四棱锥的体积V＝S·h＝×4×2＝.
(2)由三视图可知，PA⊥平面ABCD，CD平面ABCD，
∴CD⊥PA，∵四边形ABCD是正方形，∴CD⊥AD．
又PA∩AD＝A，PA平面PAD，AD平面PAD，
∴CD⊥平面PAD，
∵AE平面PAD，∴AE⊥CD．
∵△PAD是等腰直角三角形，E是PD的中点，
∴AE⊥PD．
又PD∩CD＝D，PD平面PCD，CD平面PCD，
∴AE⊥平面PCD．
(3)∵E，F分别是PD，PC的中点，

∴EF∥CD且EF＝CD，
又∵CD∥AB且CD＝AB，∴EF∥AB且EF＝AB．
∴四边形ABEF为梯形，AE，BF是梯形的两腰，
∴AE与BF所在的直线必相交．
即直线AE和直线BF既不平行也不异面．
6．如图，在四棱锥P－ABCD中，底面ABCD是矩形，已知AB＝3，AD＝2，PA＝2，PD＝2，∠PAB＝60°.M是PD的中点．
(1)证明：PB∥平面MAC；
(2)证明：平面PAB⊥平面ABCD；
(3)求四棱锥P－ABCD的体积．
[解析]　(1)证明：连接OM.
∵M是PD中点，矩形ABCD中O为BD中点，
∴OM∥PB．
又OM平面MAC，PB⃘平面MAC，
∴PB∥平面MAC．
(2)证明：由题设知PA＝2，AD＝2，PD＝2，
有PA2＋AD2＝PD2，∴AD⊥PA．
在矩形ABCD中，AD⊥AB．
又PA∩AB＝A，∴AD⊥平面PAB．
∵AD平面ABCD，
∴平面PAB⊥平面ABCD．
(3)解：过点P作PH⊥AB于点H.
∵平面PAB⊥平面ABCD，平面PAB∩平面ABCD＝AB，
∴PH⊥平面ABCD．
在Rt△PHA中，PH＝PAsin60°＝2×＝，
VP－ABCD＝AB×AD×PH＝×3×2×＝2.