空间向量和立体几何练习题及答案解析解析

1．如图，在四棱锥P﹣ABCD中，底面ABCD为正方形，平面PAD⊥平面ABCD，点M在线段PB上，PD∥平面MAC，PA=PD=，AB=4．〔1〕求证：M为PB的中点；〔2〕求二面角B﹣PD﹣A的大小；〔3〕求直线MC与平面BDP所成角的正弦值．【分析】〔1〕设AC∩BD=O，那么O为BD的中点，连接OM，利用线面平行的性质证明OM∥PD，再由平行线截线段成比例可得M为PB的中点；〔2〕取AD中点G，可得PG⊥AD，再由面面垂直的性质可得PG⊥平面ABCD，那么PG⊥AD，连接OG，那么PG⊥OG，再证明OG⊥AD．以G为坐标原点，分别以GD、GO、GP所在直线为x、y、z轴距离空间直角坐标系，求出平面PBD与平面PAD的一个法向量，由两法向量所成角的大小可得二面角B﹣PD﹣A的大小；〔3〕求出的坐标，由与平面PBD的法向量所成角的余弦值的绝对值可得直线MC与平面BDP所成角的正弦值．【解答】〔1〕证明：如图，设AC∩BD=O，∵ABCD为正方形，∴O为BD的中点，连接OM，∵PD∥平面MAC，PD⊂平面PBD，平面PBD∩平面AMC=OM，∴PD∥OM，那么，即M为PB的中点；〔2〕解：取AD中点G，∵PA=PD，∴PG⊥AD，∵平面PAD⊥平面ABCD，且平面PAD∩平面ABCD=AD，∴PG⊥平面ABCD，那么PG⊥AD，连接OG，那么PG⊥OG，由G是AD的中点，O是AC的中点，可得OG∥DC，那么OG⊥AD．以G为坐标原点，分别以GD、GO、GP所在直线为x、y、z轴距离空间直角坐标系，由PA=PD=，AB=4，得D〔2，0，0〕，A〔﹣2，0，0〕，P〔0，0，〕，C〔2，4，0〕，B〔﹣2，4，0〕，M〔﹣1，2，〕，，．设平面PBD的一个法向量为，那么由，得，取z=，得．取平面PAD的一个法向量为．∴cos＜＞==．∴二面角B﹣PD﹣A的大小为60°；〔3〕解：，平面BDP的一个法向量为．∴直线MC与平面BDP所成角的正弦值为|cos＜＞|=||=||=．【点评】此题考察线面角与面面角的求法，训练了利用空间向量求空间角，属中档题．2．如图，在三棱锥P﹣ABC中，PA⊥底面ABC，∠BAC=90°．点D，E，N分别为棱PA，PC，BC的中点，M是线段AD的中点，PA=AC=4，AB=2．〔Ⅰ〕求证：MN∥平面BDE；〔Ⅱ〕求二面角C﹣EM﹣N的正弦值；〔Ⅲ〕点H在棱PA上，且直线NH与直线BE所成角的余弦值为，求线段AH的长．【分析】〔Ⅰ〕取AB中点F，连接MF、NF，由可证MF∥平面BDE，NF∥平面BDE．得到平面MFN∥平面BDE，那么MN∥平面BDE；〔Ⅱ〕由PA⊥底面ABC，∠BAC=90°．可以A为原点，分别以AB、AC、AP所在直线为x、y、z轴建立空间直角坐标系．求出平面MEN与平面CME的一个法向量，由两法向量所成角的余弦值得二面角C﹣EM﹣N的余弦值，进一步求得正弦值；〔Ⅲ〕设AH=t，那么H〔0，0，t〕，求出的坐标，结合直线NH与直线BE所成角的余弦值为列式求得线段AH的长．【解答】〔Ⅰ〕证明：取AB中点F，连接MF、NF，∵M为AD中点，∴MF∥BD，∵BD⊂平面BDE，MF⊄平面BDE，∴MF∥平面BDE．∵N为BC中点，∴NF∥AC，又D、E分别为AP、PC的中点，∴DE∥AC，那么NF∥DE．∵DE⊂平面BDE，NF⊄平面BDE，∴NF∥平面BDE．又MF∩NF=F．∴平面MFN∥平面BDE，那么MN∥平面BDE；〔Ⅱ〕解：∵PA⊥底面ABC，∠BAC=90°．∴以A为原点，分别以AB、AC、AP所在直线为x、y、z轴建立空间直角坐标系．∵PA=AC=4，AB=2，∴A〔0，0，0〕，B〔2，0，0〕，C〔0，4，0〕，M〔0，0，1〕，N〔1，2，0〕，E〔0，2，2〕，那么，，设平面MEN的一个法向量为，由，得，取z=2，得．由图可得平面CME的一个法向量为．∴cos＜＞=．∴二面角C﹣EM﹣N的余弦值为，那么正弦值为；〔Ⅲ〕解：设AH=t，那么H〔0，0，t〕，，．∵直线NH与直线BE所成角的余弦值为，∴|cos＜＞|=||=||=．解得：t=或t=．∴当H与P重合时直线NH与直线BE所成角的余弦值为，此时线段AH的长为或．【点评】此题考察直线与平面平行的判定，考察了利用空间向量求解空间角，考察计算能力，是中档题．3．如图，几何体是圆柱的一局部，它是由矩形ABCD〔及其内部〕以AB边所在直线为旋转轴旋转120°得到的，G是的中点．〔Ⅰ〕设P是上的一点，且AP⊥BE，求∠CBP的大小；〔Ⅱ〕当AB=3，AD=2时，求二面角E﹣AG﹣C的大小．【分析】〔Ⅰ〕由利用线面垂直的判定可得BE⊥平面ABP，得到BE⊥BP，结合∠EBC=120°求得∠CBP=30°；〔Ⅱ〕法一、取的中点H，连接EH，GH，CH，可得四边形BEGH为菱形，取AG中点M，连接EM，CM，EC，得到EM⊥AG，CM⊥AG，说明∠EMC为所求二面角的平面角．求解三角形得二面角E﹣AG﹣C的大小．法二、以B为坐标原点，分别以BE，BP，BA所在直线为x，y，z轴建立空间直角坐标系．求出A，E，G，C的坐标，进一步求出平面AEG与平面ACG的一个法向量，由两法向量所成角的余弦值可得二面角E﹣AG﹣C的大小．【解答】解：〔Ⅰ〕∵AP⊥BE，AB⊥BE，且AB，AP⊂平面ABP，AB∩AP=A，∴BE⊥平面ABP，又BP⊂平面ABP，∴BE⊥BP，又∠EBC=120°，因此∠CBP=30°；〔Ⅱ〕解法一、取的中点H，连接EH，GH，CH，∵∠EBC=120°，∴四边形BECH为菱形，∴AE=GE=AC=GC=．取AG中点M，连接EM，CM，EC，那么EM⊥AG，CM⊥AG，∴∠EMC为所求二面角的平面角．又AM=1，∴EM=CM=．在△BEC中，由于∠EBC=120°，由余弦定理得：EC2=22+22﹣2×2×2×cos120°=12，∴，因此△EMC为等边三角形，故所求的角为60°．解法二、以B为坐标原点，分别以BE，BP，BA所在直线为x，y，z轴建立空间直角坐标系．由题意得：A〔0，0，3〕，E〔2，0，0〕，G〔1，，3〕，C〔﹣1，，0〕，故，，．设为平面AEG的一个法向量，由，得，取z1=2，得；设为平面ACG的一个法向量，由，可得，取z2=﹣2，得．∴cos＜＞=．∴二面角E﹣AG﹣C的大小为60°．【点评】此题考察空间角的求法，考察空间想象能力和思维能力，训练了线面角的求法及利用空间向量求二面角的大小，是中档题．4．如图，在以A，B，C，D，E，F为顶点的五面体中，面ABEF为正方形，AF=2FD，∠AFD=90°，且二面角D﹣AF﹣E与二面角C﹣BE﹣F都是60°．〔Ⅰ〕证明平面ABEF⊥平面EFDC；〔Ⅱ〕求二面角E﹣BC﹣A的余弦值．【分析】〔Ⅰ〕证明AF⊥平面EFDC，利用平面与平面垂直的判定定理证明平面ABEF⊥平面EFDC；〔Ⅱ〕证明四边形EFDC为等腰梯形，以E为原点，建立如下图的坐标系，求出平面BEC、平面ABC的法向量，代入向量夹角公式可得二面角E﹣BC﹣A的余弦值．【解答】〔Ⅰ〕证明：∵ABEF为正方形，∴AF⊥EF．∵∠AFD=90°，∴AF⊥DF，∵DF∩EF=F，∴AF⊥平面EFDC，∵AF⊂平面ABEF，∴平面ABEF⊥平面EFDC；〔Ⅱ〕解：由AF⊥DF，AF⊥EF，可得∠DFE为二面角D﹣AF﹣E的平面角；由ABEF为正方形，AF⊥平面EFDC，∵BE⊥EF，∴BE⊥平面EFDC即有CE⊥BE，可得∠CEF为二面角C﹣BE﹣F的平面角．可得∠DFE=∠CEF=60°．∵AB∥EF，AB⊄平面EFDC，EF⊂平面EFDC，∴AB∥平面EFDC，∵平面EFDC∩平面ABCD=CD，AB⊂平面ABCD，∴AB∥CD，∴CD∥EF，∴四边形EFDC为等腰梯形．以E为原点，建立如下图的坐标系，设FD=a，那么E〔0，0，0〕，B〔0，2a，0〕，C〔，0，a〕，A〔2a，2a，0〕，∴=〔0，2a，0〕，=〔，﹣2a，a〕，=〔﹣2a，0，0〕设平面BEC的法向量为=〔x1，y1，z1〕，那么，那么，取=〔，0，﹣1〕．设平面ABC的法向量为=〔x2，y2，z2〕，那么，那么，取=〔0，，4〕．设二面角E﹣BC﹣A的大小为θ，那么cosθ===﹣，那么二面角E﹣BC﹣A的余弦值为﹣．【点评】此题考察平面与平面垂直的证明，考察用空间向量求平面间的夹角，建立空间坐标系将二面角问题转化为向量夹角问题是解答的关键．5．如图，菱形ABCD的对角线AC与BD交于点O，AB=5，AC=6，点E，F分别在AD，CD上，AE=CF=，EF交于BD于点H，将△DEF沿EF折到△D′EF的位置，OD′=．〔Ⅰ〕证明：D′H⊥平面ABCD；〔Ⅱ〕求二面角B﹣D′A﹣C的正弦值．【分析】〔Ⅰ〕由底面ABCD为菱形，可得AD=CD，结合AE=CF可得EF∥AC，再由ABCD是菱形，得AC⊥BD，进一步得到EF⊥BD，由EF⊥DH，可得EF⊥D′H，然后求解直角三角形得D′H⊥OH，再由线面垂直的判定得D′H⊥平面ABCD；〔Ⅱ〕以H为坐标原点，建立如下图空间直角坐标系，由求得所用点的坐标，得到的坐标，分别求出平面ABD′与平面AD′C的一个法向量，设二面角二面角B﹣D′A﹣C的平面角为θ，求出|cosθ|．那么二面角B﹣D′A﹣C的正弦值可求．【解答】〔Ⅰ〕证明：∵ABCD是菱形，∴AD=DC，又AE=CF=，∴，那么EF∥AC，又由ABCD是菱形，得AC⊥BD，那么EF⊥BD，∴EF⊥DH，那么EF⊥D′H，∵AC=6，∴AO=3，又AB=5，AO⊥OB，∴OB=4，∴OH==1，那么DH=D′H=3，∴|OD′|2=|OH|2+|D′H|2，那么D′H⊥OH，又OH∩EF=H，∴D′H⊥平面ABCD；〔Ⅱ〕解：以H为坐标原点，建立如下图空间直角坐标系，∵AB=5，AC=6，∴B〔5，0，0〕，C〔1，3，0〕，D′〔0，0，3〕，A〔1，﹣3，0〕，，，设平面ABD′的一个法向量为，由，得，取x=3，得y=﹣4，z=5．∴．同理可求得平面AD′C的一个法向量，设二面角二面角B﹣D′A﹣C的平面角为θ，那么|cosθ|=．∴二面角B﹣D′A﹣C的正弦值为sinθ=．【点评】此题考察线面垂直的判定，考察了二面角的平面角的求法，训练了利用平面的法向量求解二面角问题，表达了数学转化思想方法，是中档题．6．在三棱柱ABC﹣A1B1C1中，CA=CB，侧面ABB1A1是边长为2的正方形，点E，F分别在线段AA1、A1B1上，且AE=，A1F=，CE⊥EF．〔Ⅰ〕证明：平面ABB1A1⊥平面ABC；〔Ⅱ〕假设CA⊥CB，求直线AC1与平面CEF所成角的正弦值．【分析】〔I〕取AB的中点D，连结CD，DF，DE．计算DE，EF，DF，利用勾股定理的逆定理得出DE⊥EF，由三线合一得CD⊥AB，故而CD⊥平面ABB1A1，从而平面ABB1A1⊥平面ABC；〔II〕以C为原点建立空间直角坐标系，求出和平面CEF的法向量，那么直线AC1与平面CEF所成角的正弦值等于|cos＜＞|．【解答】证明：〔I〕取AB的中点D，连结CD，DF，DE．∵AC=BC，D是AB的中点，∴CD⊥AB．∵侧面ABB1A1是边长为2的正方形，AE=，A1F=．∴A1E=，EF==，DE==，DF==，∴EF2+DE2=DF2，∴DE⊥EF，又CE⊥EF，CE∩DE=E，CE⊂平面CDE，DE⊂平面CDE，∴EF⊥平面CDE，又CD⊂平面CDE，∴CD⊥EF，又CD⊥AB，AB⊂平面ABB1A1，EF⊂平面ABB1A1，AB，EF为相交直线，∴CD⊥平面ABB1A1，又CD⊂ABC，∴平面ABB1A1⊥平面ABC．〔II〕∵平面ABB1A1⊥平面ABC，∴三棱柱ABC﹣A1B1C1是直三棱柱，∴CC1⊥平面ABC．∵CA⊥CB，AB=2，∴AC=BC=．以C为原点，以CA，CB，CC1为坐标轴建立空间直角坐标系，如下图：那么A〔，0，0〕，C〔0，0，0〕，C1〔0，0，2〕，E〔，0，〕，F〔，，2〕．∴=〔﹣，0，2〕，=〔，0，〕，=〔，，2〕．设平面CEF的法向量为=〔x，y，z〕，那么，∴，令z=4，得=〔﹣，﹣9，4〕．∴=10，||=6，||=．∴sin＜＞==．∴直线AC1与平面CEF所成角的正弦值为．【点评】此题考察了面面垂直的判定，线面角的计算，空间向量的应用，属于中档题．7．如图，在四棱锥中P﹣ABCD，PA⊥平面ABCD，AD∥BC，AD⊥CD，且AD=CD=2，BC=4，PA=2．〔1〕求证：AB⊥PC；〔2〕在线段PD上，是否存在一点M，使得二面角M﹣AC﹣D的大小为45°，如果存在，求BM与平面MAC所成角的正弦值，如果不存在，请说明理由．【分析】〔1〕利用直角梯形的性质求出AB，AC的长，根据勾股定理的逆定理得出AB⊥AC，由PA⊥平面ABCD得出AB⊥PA，故AB⊥平面PAC，于是AB⊥PC；〔2〕假设存在点M，做出二面角的平面角，根据勾股定理求出M到平面ABCD的距离从而确定M的位置，利用棱锥的体积求出B到平面MAC的距离h，根据勾股定理计算BM，那么即为所求角的正弦值．【解答】解：〔1〕证明：∵四边形ABCD是直角梯形，AD=CD=2，BC=4，∴AC=4，AB===4，∴△ABC是等腰直角三角形，即AB⊥AC，∵PA⊥平面ABCD，AB⊂平面ABCD，∴PA⊥AB，∴AB⊥平面PAC，又PC⊂平面PAC，∴AB⊥PC．〔2〕假设存在符合条件的点M，过点M作MN⊥AD于N，那么MN∥PA，∴MN⊥平面ABCD，∴MN⊥AC．过点M作MG⊥AC于G，连接NG，那么AC⊥平面MNG，∴AC⊥NG，即∠MGN是二面角M﹣AC﹣D的平面角．假设∠MGN=45°，那么NG=MN，又AN=NG=MN，∴MN=1，即M是线段PD的中点．∴存在点M使得二面角M﹣AC﹣D的大小为45°．在三棱锥M﹣ABC中，VM﹣ABC=S△ABC•MN==，设点B到平面MAC的距离是h，那么VB﹣MAC=，∵MG=MN=，∴S△MAC===2，∴=，解得h=2．在△ABN中，AB=4，AN=，∠BAN=135°，∴BN==，∴BM==3，∴BM与平面MAC所成角的正弦值为=．【点评】此题考察了工程垂直的判定与性质，空间角与空间距离的计算，属于中档题．8．如图，在各棱长均为2的三棱柱ABC﹣A1B1C1中，侧面A1ACC1⊥底面ABC，∠A1AC=60°．〔1〕求侧棱AA1与平面AB1C所成角的正弦值的大小；〔2〕点D满足=+，在直线AA1上是否存在点P，使DP∥平面AB1C？假设存在，请确定点P的位置，假设不存在，请说明理由．【分析】〔1〕推导出A1O⊥平面ABC，BO⊥AC，以O为坐标原点，建立如下图的空间直角坐标系O﹣xyz，利用向量法能求出侧棱AA1与平面AB1C所成角的正弦值．〔2〕假设存在点P符合题意，那么点P的坐标可设为P〔0，y，z〕，那么．利用向量法能求出存在点P，使DP∥平面AB1C，其坐标为〔0，0，〕，即恰好为A1点．【解答】解：〔1〕∵侧面A1ACC1⊥底面ABC，作A1O⊥AC于点O，∴A1O⊥平面ABC．又∠ABC=∠A1AC=60°，且各棱长都相等，∴AO=1，OA1=OB=，BO⊥AC．…〔2分〕故以O为坐标原点，建立如下图的空间直角坐标系O﹣xyz，那么A〔0，﹣1，0〕，B〔，0，0〕，A1〔0，0，〕，C〔0，1，0〕，∴=〔0，1，〕，=〔〕，=〔0，2，0〕．…〔4分〕设平面AB1C的法向量为，那么，取x=1，得=〔1，0，1〕．设侧棱AA1与平面AB1C所成角的为θ，那么sinθ=|cos＜，＞|=||=，∴侧棱AA1与平面AB1C所成角的正弦值为．…〔6分〕〔2〕∵=，而，，∴=〔﹣2，0，0〕，又∵B〔〕，∴点D〔﹣，0，0〕．假设存在点P符合题意，那么点P的坐标可设为P〔0，y，z〕，∴．∵DP∥平面AB1C，=〔﹣1，0，1〕为平面AB1C的法向量，∴由=λ，得，∴y=0．…〔10分〕又DP⊄平面AB1C，故存在点P，使DP∥平面AB1C，其坐标为〔0，0，〕，即恰好为A1点．…〔12分〕【点评】此题考察线面角的正弦值的求法，考察满足条件的点是否存在的判断与求法，是中档题，解题时要认真审题，注意向量法的合理运用．9．在三棱柱ABC﹣A1B1C1中，侧面ABB1A1为矩形，AB=2，AA1=2，D是AA1的中点，BD与AB1交于点O，且CO⊥平面ABB1A1．〔Ⅰ〕证明：平面AB1C⊥平面BCD；〔Ⅱ〕假设OC=OA，△AB1C的重心为G，求直线GD与平面ABC所成角的正弦值．【分析】〔Ⅰ〕通过证明AB1⊥BD，AB1⊥CO，推出AB1⊥平面BCD，然后证明平面AB1C⊥平面BCD．〔Ⅱ〕以O为坐标原点，分别以OD，OB1，OC所在直线为x，y，z轴，建立如下图的空间直角坐标系O﹣xyz．求出平面ABC的法向量，设直线GD与平面ABC所成角α，利用空间向量的数量积求解直线GD与平面ABC所成角的正弦值即可．【解答】〔本小题总分值12分〕解：〔Ⅰ〕∵ABB1A1为矩形，AB=2，，D是AA1的中点，∴∠BAD=90°，，，从而，，∵，∴∠ABD=∠AB1B，…〔2分〕∴，∴，从而AB1⊥BD…〔4分〕∵CO⊥平面ABB1A1，AB1⊂平面ABB1A1，∴AB1⊥CO，∵BD∩CO=O，∴AB1⊥平面BCD，∵AB1⊂平面AB1C，∴平面AB1C⊥平面BCD…〔6分〕〔Ⅱ〕如图，以O为坐标原点，分别以OD，OB1，OC所在直线为x，y，z轴，建立如下图的空间直角坐标系O﹣xyz．在矩形ABB1A1中，由于AD∥BB1，所以△AOD和△B1OB相似，从而又，∴，，，，∴，，∵G为△AB1C的重心，∴，…〔8分〕设平面ABC的法向量为，，由可得，令y=1，那么z=﹣1，，所以．…〔10分〕设直线GD与平面ABC所成角α，那么=，所以直线GD与平面ABC所成角的正弦值为…〔12分〕【点评】此题考察平面与平面垂直的判定定理的应用，直线与平面所成角的求法，考察空间想象能力以及计算能力．10．在矩形ABCD中，AB=4，AD=2，将△ABD沿BD折起，使得点A折起至A′，设二面角A′﹣BD﹣C的大小为θ．〔1〕当θ=90°时，求A′C的长；〔2〕当cosθ=时，求BC与平面A′BD所成角的正弦值．【分析】〔1〕过A作BD的垂线交BD于E，交DC于F，连接CE，利用勾股定理及余弦定理计算AE，CE，由A′E⊥CE得出A′C；〔2〕利用余弦定理可得A′F=，从而得出A′F⊥平面ABCD，以F为原点建立坐标系，求出和平面A′BD的法向量，那么BC与平面A′BD所成角的正弦值为|cos＜＞|．【解答】解：〔1〕在图1中，过A作BD的垂线交BD于E，交DC于F，连接CE．∵AB=4，AD=2，∴BD==10．∴，BE==8，cos∠CBE==．在△BCE中，由余弦定理得CE==2．∵θ=90°，∴A′E⊥平面ABCD，∴A′E⊥CE．∴|A′C|==2．〔2〕DE==2．∵tan∠FDE=，∴EF=1，DF==．当即cos∠A′EF=时，．∴A′E2=A′F2+EF2，∴∠A'FE=90°又BD⊥AE，BD⊥EF，∴BD⊥平面A'EF，∴BD⊥A'F∴A'F⊥平面ABCD．以F为原点，以FC为x轴，以过F的AD的平行线为y轴，以FA′为z轴建立空间直角坐标系如下图：∴A′〔0，0，〕，D〔﹣，0，0〕，B〔3，2，0〕，C〔3，0，0〕．∴=〔0，2，0〕，=〔4，2，0〕，=〔，0，〕．设平面A′BD的法向量为=〔x，y，z〕，那么，∴，令z=1得=〔﹣，2，1〕．∴cos＜＞===．∴BC与平面A'BD所成角的正弦值为．【点评】此题考察了空间角与空间距离的计算，空间向量的应用，属于中档题．11．如图，由直三棱柱ABC﹣A1B1C1和四棱锥D﹣BB1C1C构成的几何体中，∠BAC=90°，AB=1，BC=BB1=2，C1D=CD=，平面CC1D⊥平面ACC1A1．〔Ⅰ〕求证：AC⊥DC1；〔Ⅱ〕假设M为DC1的中点，求证：AM∥平面DBB1；〔Ⅲ〕在线段BC上是否存在点P，使直线DP与平面BB1D所成的角为？假设存在，求的值，假设不存在，说明理由．【分析】〔Ⅰ〕证明AC⊥CC1，得到AC⊥平面CC1D，即可证明AC⊥DC1．〔Ⅱ〕易得∠BAC=90°，建立空间直角坐标系A﹣xyz，依据条件可得A〔0，0，0〕，，，B〔0，0，1〕，B1〔2，0，1〕，，利用向量求得AM与平面DBB1所成角为0，即AM∥平面DBB1．〔Ⅲ〕利用向量求解【解答】解：〔Ⅰ〕证明：在直三棱柱ABC﹣A1B1C1中，CC1⊥平面ABC，故AC⊥CC1，由平面CC1D⊥平面ACC1A1，且平面CC1D∩平面ACC1A1=CC1，所以AC⊥平面CC1D，又C1D⊂平面CC1D，所以AC⊥DC1．〔Ⅱ〕证明：在直三棱柱ABC﹣A1B1C1中，AA1⊥平面ABC，所以AA1⊥AB，AA1⊥AC，又∠BAC=90°，所以，如图建立空间直角坐标系A﹣xyz，依据条件可得A〔0，0，0〕，，，B〔0，0，1〕，B1〔2，0，1〕，，所以，，设平面DBB1的法向量为，由即令y=1，那么，x=0，于是，因为M为DC1中点，所以，所以，由，可得，所以AM与平面DBB1所成角为0，即AM∥平面DBB1．〔Ⅲ〕解：由〔Ⅱ〕可知平面BB1D的法向量为．设，λ∈[0，1]，那么，．假设直线DP与平面DBB1成角为，那么，解得，故不存在这样的点．【点评】此题考察了空间线线垂直、线面平行的判定，向量法求二面角．属于中档题12．如图，在多面体ABCDEF中，底面ABCD为正方形，平面AED⊥平面ABCD，AB=EA=ED，EF∥BD〔I〕证明：AE⊥CD〔II〕在棱ED上是否存在点M，使得直线AM与平面EFBD所成角的正弦值为？假设存在，确定点M的位置；假设不存在，请说明理由．【分析】〔I〕利用面面垂直的性质得出CD⊥平面AED，故而AE⊥CD；〔II〕取AD的中点O，连接EO，以O为原点建立坐标系，设，求出平面BDEF的法向量，令|cos＜＞|=，根据方程的解得出结论．【解答】〔I〕证明：∵四边形ABCD是正方形，∴CD⊥AD，又平面AED⊥平面ABCD，平面AED∩平面ABCD=AD，CD⊂平面ABCD，∴CD⊥平面AED，∵AE⊂平面AED，∴AE⊥CD．〔II〕解：取AD的中点O，过O作ON∥AB交BC于N，连接EO，∵EA=ED，∴OE⊥AD，又平面AED⊥平面ABCD，平面AED∩平面ABCD=AD，OE⊂平面AED，∴OE⊥平面ABCD，以O为原点建立空间直角坐标系O﹣xyz，如下图：设正方形ACD的边长为2，，那么A〔1，0，0〕，B〔1，2，0〕，D〔﹣1，0，0〕，E〔0，0，1〕，M〔﹣λ，0，1﹣λ〕∴=〔﹣λ﹣1，0，1﹣λ〕，=〔1，0，1〕，=〔2，2，0〕，设平面BDEF的法向量为=〔x，y，z〕，那么，即，令x=1得=〔1，﹣1，﹣1〕，∴cos＜＞==，令||=，解得λ=0，∴当M与点E重合时，直线AM与平面EFBD所成角的正弦值为．【点评】此题考察了线面垂直的判定，空间向量与线面角的计算，属于中档题．13．如图，在四棱锥P﹣ABCD中，∠ABC=∠ACD=90°，∠BAC=∠CAD=60°，PA⊥平面ABCD，PA=2，AB=1．〔1〕设点E为PD的中点，求证：CE∥平面PAB；〔2〕线段PD上是否存在一点N，使得直线与平面PAC所成的角θ的正弦值为？假设存在，试确定点N的位置，假设不存在，请说明理由．【分析】〔1〕取AD中点M，利用三角形的中位线证明EM∥平面PAB，利用同位角相等证明MC∥AB，得到平面EMC∥平面PAB，证得EC∥平面PAB；〔2〕建立坐标系，求出平面PAC的法向量，利用直线与平面PAC所成的角θ的正弦值为，可得结论．【解答】〔1〕证明：取AD中点M，连EM，CM，那么EM∥PA．∵EM⊄平面PAB，PA⊂平面PAB，∴EM∥平面PAB．在Rt△ACD中，∠CAD=60°，AC=AM=2，∴∠ACM=60°．而∠BAC=60°，∴MC∥AB．∵MC⊄平面PAB，AB⊂平面PAB，∴MC∥平面PAB．∵EM∩MC=M，∴平面EMC∥平面PAB．∵EC⊂平面EMC，∴EC∥平面PAB．〔2〕解：过A作AF⊥AD，交BC于F，建立如下图的坐标系，那么A〔0，0，0〕，B〔，﹣，0〕，C〔，1，0〕，D〔0，4，0〕，P〔0，0，2〕，设平面PAC的法向量为=〔x，y，z〕，那么，取=〔，﹣3，0〕，设=λ〔0≤λ≤1〕，那么=〔0，4λ，﹣2λ〕，=〔﹣λ﹣1，2﹣2λ〕，∴|cos＜，＞|==，∴，∴N为PD的中点，使得直线与平面PAC所成的角θ的正弦值为．【点评】此题考察线面平行的判定，考察线面角，考察向量知识的运用，考察学生分析解决问题的能力，属于中档题．14．如图，四棱锥P﹣ABCD的底面ABCD为平行四边形，平面PAB⊥平面ABCD，PB=PC，∠ABC=45°，点E是线段PA上靠近点A的三等分点．〔Ⅰ〕求证：AB⊥PC；〔Ⅱ〕假设△PAB是边长为2的等边三角形，求直线DE与平面PBC所成角的正弦值．【分析】〔Ⅰ〕作PO⊥AB于O，连接OC，可得PO⊥面ABCD．由△POB≌△POC，∠ABC=45°，得OC⊥AB，即得AB⊥面POC，可证得AB⊥PC．〔Ⅱ〕以O为原点建立空间坐标系，，利用向量求解．【解答】解：〔Ⅰ〕作PO⊥AB于O…①，连接OC，∵平面PAB⊥平面ABCD，且面PAB∩面ABCD=AB，∴PO⊥面ABCD．…〔2分〕∵PB=PC，∴△POB≌△POC，∴OB=OC，又∵∠ABC=45°，∴OC⊥AB…②又PO∩CO=O，由①②，得AB⊥面POC，又PC⊂面POC，∴AB⊥PC．…〔6分〕〔Ⅱ〕∵△PAB是边长为2的等边三角形，∴．如图建立空间坐标系，设面PBC的法向量为，，由，令，得；，．，设DE与面PBC所成角为θ，∴直线DE与平面PBC所成角的正弦值．…〔12分〕【点评】此题考察了空间线线垂直的判定，向量法求线面角，属于中档题．15．在三棱柱ABC﹣A1B1C1中，CA=CB，侧面ABB1A1是边长为2的正方形，点E，F分别在线段AAl，A1B1上，且AE=，A1F=，CE⊥EF，M为AB中点〔I〕证明：EF⊥平面CME；〔Ⅱ〕假设CA⊥CB，求直线AC1与平面CEF所成角的正弦值．【分析】〔Ⅰ〕推导出Rt△EAM∽Rt△FA1E，从而EF⊥ME，又EF⊥CE，由此能证明EF⊥平面CEM．〔Ⅱ〕设线段A1B1中点为N，连结MN，推导出MC，MA，MN两两垂直，建空间直角坐标系，利用向量法能求出直线AC1与平面CEF所成角的正弦值．【解答】证明：〔Ⅰ〕在正方形ABB1A1中，A1E=，AM=1，在Rt△EAM和Rt△FA1E中，，又∠EAM=∠FA1E=，∴Rt△EAM∽Rt△FA1E，∴∠AEM=∠A1FE，∴EF⊥EM，又EF⊥CE，ME∩CE=E，∴EF⊥平面CEM．解：〔Ⅱ〕在等腰三角形△CAB中，∵CA⊥CB，AB=2，∴CA=CB=，且CM=1，设线段A1B1中点为N，连结MN，由〔Ⅰ〕可证CM⊥平面ABB1A1，∴MC，MA，MN两两垂直，建立如下图的空间直角坐标系，那么C〔1，0，0〕，E〔0，1，〕，F〔0，，2〕，A〔0，1，0〕，C1〔1，0，2〕，=〔﹣1，1，〕，=〔0，﹣，〕，=〔1，﹣1，2〕，设平面CEF的法向量为=〔x，y，z〕，那么，取z=2，得=〔5，4，2〕，设直线AC1与平面CEF所成角为θ，那么sinθ==，∴直线AC1与平面CEF所成角的正弦值为．【点评】此题考察线面垂直的证明，考察线面角的正弦值求法，是中档题，解题时要认真审题，注意空间思维能力的培养．初一数学由视图到立体图形课堂导学一．选择题（共20小题）1．如图是由几个大小相同的小正方体组合而成的几何体的俯视图，小正方形中的数字表示该位置小正方体的个数，则该几何体的主视图是（）A．B．C．D．2．某几何体的三视图如图所示，则此几何体是（）A．B．C．D．3．一个几何体由大小相同的小立方块搭成，从上面看到的几何体的形状图如图所示，其中小正方形中的数字表示在该位置的小立方块的个数，则从正面看到的这个几何体的形状图正确的是（）A．B．C．D．4．某几何体的三视图如图所示，这个几何体是（）A．三棱柱B．球体C．圆锥体D．圆柱体5．如图是由几个小立方块所搭成的几何体的俯视图，小正方形中的数字表示在该方块的个数，则这个几何体的左视图为（）A．B．C．D．6．一个几何体的三视图如图所示，该几何体是（）A．正方体B．圆锥C．三棱柱D．四棱柱7．如图三视图所对应的直观图是下面的（）A．B．C．D．8．某几何体由一些大小相同的小正方体组成，如图是它的俯视图和主视图，那么组成该几何体的小正方体的个数最少为（）A．4个B．5个C．6个D．7个9．如图所示是由几个小立方块搭成的几何体的俯视图，则这个几何体左视图是（）A．B．C．D．10．如图是由5个立方块搭成的几何体的俯视图，小正方形中的数字表示该位置上的小立方块的个数，则这个几何体的左视图是（）A．B．C．D．11．一个几何体由若干个相同的正方体组成，其主视图和左视图如图所示，则这个几何体中正方体最多有（）个．A．3B．4C．5D．612．若图是由几个相同的小正方体搭成的几何体的主视图和俯视图，则搭成这个几何体的小正方体的个数最少是（）A．6B．8C．10D．1213．从正面、左面、上面观察一个由小正方体构成的几何体依次得到以下的形状图，那么构成这个几何体的小正方体有（）A．4个B．5个C．6个D．7个14．由一些大小相同的小正方体搭成的几何体的主视图和俯视图如图所示，则搭成该几何体的小正方体的个数最多为（）A．7个B．8个C．9个D．10个15．某几何体的三视图如图所示，则此几何体是（）A．圆锥B．长方体C．圆柱D．四棱柱16．如图，是一个由多个相同小正方体搭成的几何体的俯视图，图中所标的数字为该位置小正方体的个数，则这个几何体的左视图是（）A．B．C．D．17．由几个大小相同的小正方体搭建而成的几何体的主视图和俯视图如图所示，则搭建这个几何体所需要的小正方体的个数至少为（）A．5B．6C．7D．818．如图是由6个立方块搭成的几何体的俯视图，小正方形中的数字表示该位置上的小立方块的个数，则这个几何体的主视图是（）A．B．C．D．19．一个几何体由大小相同的小立方块搭成，它的俯视图如图所示，其中小正方形中的数字表示在该位置小立方块的个数，则该几何体的左视图为（）A．B．C．D．20．一个由若干个相同的小正方体组成的几何体的主视图和俯视图如图所示，则小正方体的最少个数为（）A．5个B．6个C．7个D．8个二．填空题（共30小题）21．由若干个小正方体组成的几何体的三视图如图所示，则组成这个几何体的小正方体的个数为．22．小颖同学到学校领来n盒粉笔，整齐地摞在讲桌上，从三面看到的平面图形如图所示，则n的值是．23．一个几何体由若干大小相同的小立方块搭成，如图分别是从它的正面、上面看到的形状图，那么搭成该几何体至少需用小立方块个．24．如图，是由几个边长为1的小立方体所组成的几何体的俯视图，小正方形中的数字表示在该位置的小正方体的个数，则这个几何体的表面积为．25．由一些大小相同的小正方体搭成的几何体的主视图和左视图如图所示，则搭成该几何体的小正方体的个数最少是．26．若一个几何体由若干个完全相同的小正方体构成，并且该几何体从正面和上面看到的形状图如图所示．则构成这个几何体的小正方体的个数最少是．27．如图是由一些相同的小正方体构成的立体图形的三种视图，则构成这个立体图形的小正方体的个数是个．28．已知：如图是由若干个大小相同的小正方体所搭成的几何体从正面、左面和上面看到的形状图，则搭成这个几何体的小正方体的个数是．29．一个几何体由几个大小相同的小立方块搭成，从正面和上面看到的这个几何体的形状图如图所示，则该几何体最少是用个小立方块搭成的．30．如图是由几个相同的小正方体分别从上面、左面看到的形状图，这样的几何体最多需要个小立方体块，最少需要个小立方体块．31．用小立方块搭一个几何体，使得它从正面看和从上面看到的形状图如图所示，它最少要m个小立方块，最多要n个小立方块，则m+n的值为．32．用小立方体搭一个几何体，从它的正面、上面看到的形状图如图所示，则搭这样的几何体最多需要个小立方体，最少需要个小立方体．33．如图所示，是由一些相同的小立方体搭成的几何体分别从正面、左面、上面看到的该几何体的形状图，那么构成这个立体图形的小正方形有个．34．一个几何体由若干个相同的正方体组成，其主视图和俯视图如图所示，则这个几何体中正方体的个数最多是．35．如图所示是若干个大小相同的小正方体搭成的几何体从三个不同方向看到的图形，则搭成这个几何体的小正方体的个数是．36．一个几何体从正面和上面看到的图形如图所示，若这个几何体最多有a个小正方体组成，最少有b个小正方体组成，则a+b＝．37．用小立方块搭一几何体，它的主视图和俯视图如图所示，这个几何体最少要个立方块，最多要个立方块．38．一个几何体是由一些大小相同的小正方块摆成的，从正面看与从上面看得到的形状图如图所示，则组成这个几何体的小正方体的个数n的所有可能值的和是．39．用小立方体搭一个几何体，分别从它的正面、上面看到的形状如图所示．这样的几何体最少需要个小立方体；最多需要个小立方体．40．在桌子上摆有一些大小相同的正方体木块组成一个几何体，如图分别是从正面和从上面看到的形状图，组成这个几何体的小立方块个数最多需要块．41．一个几何体由多个完全相同的小正方体组成，它的三视图如图所示，那么组成这个几何体的小正方体的个数为个．42．由一些完全相同的小正方体搭成的几何体，分别从它正面和左面看到的几何体的形状图如图所示，组成这个几何体的小正方体的个数最少是，最多是．43．用小立方块指一个几何体，使它的从正面和从上面看到的这个几何体的形状图如图所示，这个几何体最少要a个小立方块，最多要b个小立方块，则a+b＝．44．由若干个相同的小正方形达搭成一个几何体，分别从正面和左面看，所得的形状如图所示，则搭建这个几何体所需的小正方体的个数最少是．45．一个几何体由若干大小相同的小立方块搭成，如图分别是从它的正面、上面看到的形状图，若该几何体所用小立方块的个数为n，则n的最大值和最小值之和为．46．一个几何体由若干大小相同的小立方块搭成的，如图分别是从它的左面，上面看到的平面图形，则组成这个几何体的小立方块最多有个．47．由若干个相同的小正方体搭成的一个几何体从正面和从左面看到的形状用如图所示，则所需的小正方体的个数最多是个．48．由一些大小相同的小正方体搭成的几何体从正面和从左面看到的图形如图，则搭成这个几何体的小正方体的个数最多为，最少为．49．用若干个相同的小正方体搭一个几何体，该几何体的主视图、俯视图如图所示．若小正方体的棱长为1，则搭成的几何体的表面积是．50．由几个小正方体组成的几何组合体的主视图、左视图如图所示，那么这几何组合体至少由个小正方体组成．三．解答题（共10小题）51．用若干个完全相同的小正方体搭成一个几何体，当从正面、上面看这个几何体时，得到的图形如图所示．问：在这个几何体中，小正方体的个数最多是多少？最少是多少？52．用小立方块搭成一个几何体，使它从正面和上面看到的形状图如图所示．搭建这样的几何体，最多要几个小立方块？最少要几个小立方块？53．一个几何体从正面和从上面看到的图形如图所示，若这个几何体最多有a个小正方体组成，最少有b个小正方体组成，求a+b的值．54．根据如图所给出的几何体从三个方向看得到的形状图，试确定几何体中小正方体的数目的范围．55．一个几何体由几块相同的小正方体叠成，它的三视图如下图所示．请回答下列问题：（1）填空：①该物体有层高；②该物体由个小正方体搭成；（2）该物体的最高部分位于俯视图的什么地方？（注：在俯视图上标注，并有相应的文字说明）56．一个物体是由棱长为3cm的正方体模型堆砌而成的，其视图如图：（1）请在俯视图上标出小正方体的个数（2）求出该物体的体积是多少．（3）该物体的表面积是多少？57．一个几何体是由若干个棱长为3cm的小正方体搭成的，从正面、左面、上面看到的几何体的形状图如图所示：（1）在“从上面看”的图中标出各个位置上小正方体的个数；（2）求该几何体的体积．58．用小正方体搭一个几何体，使它的主视图和俯视图如图所示，这样的几何体需要小正方体最多几块？最少几块？答：最多块；最少块．59．一个立体图形是由若干个小正方体堆积而成的，其三视图如图，则组成这个立体图形的小正方体有多少个．60．下面的图形是一个物体的三视图，请画出初一数学由视图到立体图形课堂导学一．选择题（共20小题）1．如图是由几个大小相同的小正方体组合而成的几何体的俯视图，小正方形中的数字表示该位置小正方体的个数，则该几何体的主视图是（）A．B．C．D．2．某几何体的三视图如图所示，则此几何体是（）A．B．C．D．3．一个几何体由大小相同的小立方块搭成，从上面看到的几何体的形状图如图所示，其中小正方形中的数字表示在该位置的小立方块的个数，则从正面看到的这个几何体的形状图正确的是（）A．B．C．D．4．某几何体的三视图如图所示，这个几何体是（）A．三棱柱B．球体C．圆锥体D．圆柱体5．如图是由几个小立方块所搭成的几何体的俯视图，小正方形中的数字表示在该方块的个数，则这个几何体的左视图为（）A．B．C．D．6．一个几何体的三视图如图所示，该几何体是（）A．正方体B．圆锥C．三棱柱D．四棱柱7．如图三视图所对应的直观图是下面的（）A．B．C．D．8．某几何体由一些大小相同的小正方体组成，如图是它的俯视图和主视图，那么组成该几何体的小正方体的个数最少为（）A．4个B．5个C．6个D．7个9．如图所示是由几个小立方块搭成的几何体的俯视图，则这个几何体左视图是（）A．B．C．D．10．如图是由5个立方块搭成的几何体的俯视图，小正方形中的数字表示该位置上的小立方块的个数，则这个几何体的左视图是（）A．B．C．D．11．一个几何体由若干个相同的正方体组成，其主视图和左视图如图所示，则这个几何体中正方体最多有（）个．A．3B．4C．5D．612．若图是由几个相同的小正方体搭成的几何体的主视图和俯视图，则搭成这个几何体的小正方体的个数最少是（）A．6B．8C．10D．1213．从正面、左面、上面观察一个由小正方体构成的几何体依次得到以下的形状图，那么构成这个几何体的小正方体有（）A．4个B．5个C．6个D．7个14．由一些大小相同的小正方体搭成的几何体的主视图和俯视图如图所示，则搭成该几何体的小正方体的个数最多为（）A．7个B．8个C．9个D．10个15．某几何体的三视图如图所示，则此几何体是（）A．圆锥B．长方体C．圆柱D．四棱柱16．如图，是一个由多个相同小正方体搭成的几何体的俯视图，图中所标的数字为该位置小正方体的个数，则这个几何体的左视图是（）A．B．C．D．17．由几个大小相同的小正方体搭建而成的几何体的主视图和俯视图如图所示，则搭建这个几何体所需要的小正方体的个数至少为（）A．5B．6C．7D．818．如图是由6个立方块搭成的几何体的俯视图，小正方形中的数字表示该位置上的小立方块的个数，则这个几何体的主视图是（）A．B．C．D．19．一个几何体由大小相同的小立方块搭成，它的俯视图如图所示，其中小正方形中的数字表示在该位置小立方块的个数，则该几何体的左视图为（）A．B．C．D．20．一个由若干个相同的小正方体组成的几何体的主视图和俯视图如图所示，则小正方体的最少个数为（）A．5个B．6个C．7个D．8个二．填空题（共30小题）21．由若干个小正方体组成的几何体的三视图如图所示，则组成这个几何体的小正方体的个数为．22．小颖同学到学校领来n盒粉笔，整齐地摞在讲桌上，从三面看到的平面图形如图所示，则n的值是．23．一个几何体由若干大小相同的小立方块搭成，如图分别是从它的正面、上面看到的形状图，那么搭成该几何体至少需用小立方块个．24．如图，是由几个边长为1的小立方体所组成的几何体的俯视图，小正方形中的数字表示在该位置的小正方体的个数，则这个几何体的表面积为．25．由一些大小相同的小正方体搭成的几何体的主视图和左视图如图所示，则搭成该几何体的小正方体的个数最少是．26．若一个几何体由若干个完全相同的小正方体构成，并且该几何体从正面和上面看到的形状图如图所示．则构成这个几何体的小正方体的个数最少是．27．如图是由一些相同的小正方体构成的立体图形的三种视图，则构成这个立体图形的小正方体的个数是个．28．已知：如图是由若干个大小相同的小正方体所搭成的几何体从正面、左面和上面看到的形状图，则搭成这个几何体的小正方体的个数是．29．一个几何体由几个大小相同的小立方块搭成，从正面和上面看到的这个几何体的形状图如图所示，则该几何体最少是用个小立方块搭成的．30．如图是由几个相同的小正方体分别从上面、左面看到的形状图，这样的几何体最多需要个小立方体块，最少需要个小立方体块．31．用小立方块搭一个几何体，使得它从正面看和从上面看到的形状图如图所示，它最少要m个小立方块，最多要n个小立方块，则m+n的值为