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文档简介

一、选择题(本大题共8个小题,每小题5分,共40分.在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题

目要求的.)

1.直线*+1=°的倾斜角为()

A.0°B.45°C.90°D.不存在

【答案】C

【解析】

【分析】根据直线的特征结合倾斜角的定义分析求解.

【详解】因为直线x+l=0与x轴垂直,所以直线x+l=0的倾斜角为90°.

故选:C.

2.在空间直角坐标系中,点4(1,2,3)关于平面的对称点为点昆则点6的坐标是()

A.(1,-2,3)B.(1,2,-3)

C.(—1,2,—3)D,(-1,-2,—3)

【答案】B

【解析】

【分析】根据对称即可求解.

【详解】点4(1,2,3)关于平面的对称点为点8(1,2,—3),

故选:B

3.直线/:2x—3y+6=0在x轴上的截距是()

A.(—3,0)B.(3,0)

C.-3D.3

【答案】C

【解析】

【分析】根据截距的定义分析求解.

【详解】令y=0,则2x+6=0,解得%=—3,

所以直线/:2x—3y+6=0在x轴上的截距是—3.

故选:C.

4.已知5(0,3,0),C(2,2,2),则向量AB在AC上的投影向量的坐标是()

1

fiin

(663)

【答案】D

【解析】

【分析】先求AB,AC,再由投影向量的定义,结合数量积的坐标运算,模的坐标运算公式求解.

【详解】因为A(1,1,O),5(0,3,0),C(2,2,2),

所以AB=(-1,2,0),AC=(1,1,2),

所以IAB|=^(-l)2+22+02=75,|AC|=Vl2+l2+22-46,

AB-AC=(-l)xl+2xl+0x2=l,

ABACAC_1AC_j_

所以向量AB在AC上的投影向量是AB-

|AB|-|AC||AC|-V6A/6-6-

所以向量AB在AC上的投影向量的坐标是

故选:D.

表示直线y=依与y=x—a正确的是

【解析】

【分析】讨论。>0和a<0,a=0三种情况,判断得到答案.

【详解】直线y="经过原点.直线y=x—。的斜率为1,在y轴上的截距为一明

当a>0,则-a<0,只有A符合.

当a<0,则—a>0,没有选项满足

当a=0,则—a=0,没有选项满足.

故答案选A.

2

【点睛】本题考查了一次函数的图像问题,讨论法是一个常规方法,需要熟练掌握.

6.如图A3C与△3CD所在平面垂直,且AB=BC=BD,ZABC=ZDBC=120°,则平面力初与

平面侬的夹角的余弦值为()

B.

3

D.—

5

【答案】D

【解析】

【分析】根据线面角的定义,作出平面/初与平面物所成角的平面角,解三角形求出相关线段的长,即

可求得答案.

【详解】由题意知平面ABCc平面CBD=CB,ZABC=120

作AO交)的延长线于。,作。石,5。于£,连接AE,

ABC与△3CD所在平面垂直,且平面ABCc平面CBD=CB,

AOu平面ABC,AO1BC,故49,平面CB£),

BROEu平面C3£),故40,3。,AOLOE-,

AOOE=O,AO,OEu平面A£O,故5。1平面AEO,

AEu平面AEO,故5DLAF,

3

而AEu平面OEu平面CB£>,则NAEO即为平面/初与平面侬的夹角,

设AB=BC=BD=2,而ZA8C=N£>BC=120°,

故AO=A3sin60=6,BO=ABcos60=1,OE=OBsin60=正,

2

在Rt^AQE中,AE=y/AO2+OE2=^3+|=

所以cosZAEO=,

AE7155

F

故选:D

7.设直线/的方程为xsina+y+2=0,则直线/的倾斜角。的取值范围是()

7C71)(713711兀3兀

142)(24」(24

【答案】A

【解析】

【分析】根据直线斜率范围求倾斜角e的取值范围.

【详解】由lsinc+y+2=0得直线/的斜率为左=sinc,

因为sincr£,故左=tane£(-l,l],

因为6^e[0,71),

TT37r)

所以直线/的倾斜角。的取值范围o,-o

_4_

故选:A

8.己知正方体ABC。-A4G2的棱长为2,点户为线段瓦。上的动点,则点户到直线AG的距离的最小

值为()

4

R2屈

D.------

A-T3

UP.-娓---

6。・手

【答案】A

【解析】

【分析】建立空间直角坐标系,求出相关点坐标,求出一个与AC],4c都垂直的向量的坐标,根据空间距

离的向量求法即可求得答案.

【详解】以/为坐标原点,以ARAB,"为X,y,z轴建立空间直角坐标系,

则A(0,0,0),C(2,2,0),4(0,2,2),Q(2,2,2),

故AQ=(2,2,2),5^=(2,0,-2),

设4尸=AB1C=(22,0,-22),2e[0,1],

则GP=£4+瓦。=(22-2,0,-22);

设m=(x,y,z)为与AC”4c都垂直的向量,

m-AG=2x+2y+2z=0

则,令x=z=l,贝!J机二(1,一2,1),

m-B]C=2x-2z=0

因为由题意点户到直线AG的距离的最小值可认为是异面直线AG和耳0的之间的长度,

故点户到直线AG距离的最小值为d=|m'C1P|=2=旦,

\m\V63

故选:A

二、多项选择题(每小题5分,共4小题,共20分.在每个小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求.

全对的得5分,部分选对的得2分,有选错的得0分.)

5

9.已知平面。={p|"-PoP=。},其中点。o(l,2,3),法向量“=(1,1,1),则下列各点在平面a内的是

()

A.(3,2,1)B.(-2,5,4)

C.(-3,4,5)D.(2,4,8)

【答案】AC

【解析】

【分析】设P(私〃/),根据题意,列出方程,得到加+〃+/=6,逐个选项代入验证,可得答案.

【详解】设P(私"/),可得00°=0-1,"-21-3),由〃•°oP=O,得到

m—l+n—2+t—3=Q,整理得,m+n+t=6,分别代入各个选项,可得A与C选项符合题意.

故选:AC

10.已知直线4:mx+y+m-l=O,l2:4x+my+3m-4=0,下列命题中正确的是()

A.若/]_1_,则7八=0

B.当"2=0时,〃=(1,0)是直线的一个方向向量

C.若4〃4,则m=2或m=-2

D.若直线4在两坐标轴上的截距相等,则实数加=4

【答案】AB

【解析】

【分析】根据两直线垂直可求出0的值判断A;根据方向向量的含义可判断B;根据直线的平行求出0判断

C;根据直线的一般式求出在坐标轴上的截距,列式求得如判断D.

【详解】对于A,±Z2,则mx4+lx/n=0,,/w=0,A正确;

对于B,当m=0时,直线乙:y-l=0,

故〃=(1,0)是直线4的一个方向向量,B正确;

对于C,当机=0时,4:y-1=0,/2:x-l=0,LU不平行;

4

故加w0,则4〃4,可得=施,即-m----,

m

则m=2或m=-2,

6

当根=2时,4:2x+y+1=0,Z2:4x+2y+2=。,两直线重合,

当机=—2时,4:2x—y+3=0,Z2:2%—y—5=0,即/]〃,2,符合题意,

故则机=一2,C错误;

对于D,直线4在两坐标轴上的截距相等,可知加。0,

4—3m

对于4x+7孙+3"2—4=0,令x=0,则丁=------,

m

.八4-3m.,4—3m4-3m

令y=o,则%=------,则-------=-------,

44m

4

解得加=4或机=§,D错误,

故选:AB

11.已知四面体ABCD的所有棱长均为2,M,“分别为棱A。,5c的中点,户为棱AB上异于48的

动点.下列结论正确的是()

A.若点G为线段上的动点,则无论点户与G如何运动,直线FG与直线CD都是异面直线

B.线段的长度为夜

C.异面直线和CD所成的角为一

4

D.加+敬的最小值为2

【答案】BCD

【解析】

【分析】对于A,取A3的中点为凡CD的中点为£,说明四边形EVEM为平行四边形,直线尸G与直

线切相交于£,即可判断;对于B,解三角形求得线段MN的长度即可判断;对于C,取6。的中点为〃,

找到即为异面直线和CD所成的角或其补角,求得其大小,即可判断;对于D,将面ABD,

面A8C展开为一个平面,即可求得引0+EV的最小值,进行判断,由此可得答案.

【详解】对于A,取AB的中点为广,CD的中点为£,连接月0,ME,EN,NF,

7

则EM〃肛NE//BD,NE=-BD,

22

所以FM//NE,FM=NE,故四边形FNEM为平行四边形,

设MN与EF交于点G,故此时直线FG与直线CD相交于E,

因此此时直线FG与直线CD不是异面直线,故A错误;

对于B,连接AN,DN,四面体ABC。的所有棱长均为2,

故AN=DN=g,因为〃为A。中点,WMNLAD,

所以MN=刊3-1=,故B正确;

对于C,取5。的中点为〃,连接HN,HM,因为弘"分别为棱AO,的中点,

板MH=LAB=1,HN=LcD=l,NHIICD,

22

则"VM即为异面直线MN和CD所成的角或其补角,

因为MH'NH?=2=MN?,故为等腰直角三角形,

71

则NfflW=—,故C正确;

4

对于D,将平面平面ABC展开为一个平面,如图示:

当M,F,"三点共线时,FM+FN最小,因为〃,“分别为棱A。,3C的中点,

所以此时四边形AAWC为平行四边形,故肱V=AC=2,

即月0+RV的最小值为2,故D正确,

故选:BCD

12.如图,正方体ABC。—A4GR的棱长为2,点。为底面A3C。的中心,点尸为侧面53cle内(不

含边界)的动点,则()

8

B.存在一点P,使得DQ//BF

4

C.三棱锥A-RAP的体积为1

D.若D0LPO,则GAP面积的最小值为苧

【答案】ACD

【解析】

【分析】以点。为坐标原点,DA.DC、所在直线分别为x、>、z轴建立空间直角坐标系,设点

P(x,2,z),利用空间向量数量积可判断A选项;利用空间向量共线的坐标表示可判断B选项;利用锥体体

积公式可判断c选项;求出点尸的坐标满足的关系式,利用二次函数的基本性质可求得AC2P面积的最

小值,可判断D选项的正误.

【详解】以点。为坐标原点,DA.DC、。。所在直线分别为X、y、z轴建立如下图所示的空间直角

则4(2,0,0)、C(0,2,0)、D(0,0,0),0(0,0,2)、4(2,2,2)、0(0,2,2)、0(1,1,0),

设点尸(羽2,z),其中0(尤<2,0<z<2.

对于A选项,AC=(-2,2,0),OQ=(l,L—2),贝ijAC-£>Q=—2+2=0,

9

所以,D.O±AC,A对;

r-20Z-2

对于B选项,4P=(九一2,0,z-2),若B\PHD0,则——=-=——,解得无=z=2,不合乎题意,

11—2

所以,不存在点P,使得用P//D。,B错;

对于C选项,SAADDi=5X22=2,点P到平面ADD,的距离为2,

14

所以,匕-⑷p=§x2x2=§,C对;

对于D选项,=—l,l,z),

若贝UOO.OP=x—l+l—2z=x—2z=0,可得x=2z,

因为GQ1平面BB©C,QPu平面331cle,:.CR1CXP,

14J5

■.SACIDIP=-C1DIC1P=CIP>^,D^.

故选:ACD.

三、填空题(本大题共4小题,每小题5分,共20分,把答案直接填在答题卡中的横线上.)

13.一条光线从点尸(6,0)射出,经直线y轴反射后过点。(2,8),则反射光线所在的直线方程为

【答案】x-y+6=0

【解析】

【分析】P(6,0)关于y轴的对称点为P'(—6,0),反射光线所在的直线即为经过P',Q的直线,求P'Q的

直线方程即可.

10

【详解】P(6,0)关于y轴的对称点为P'(—6,0),

根据光线反射的性质知,反射光线所在的直线即为经过P',Q的直线,

由两点式得直线的方程为:匕9=土,即%—丁+6=0.

8-02+6

故答案为:x-y+6=0

14.直线4:3ax—y—2=0和直线小尸2=a(x—1)分别过定点力和6,则|AB|=.

【答案】V17

【解析】

(分析】通过直线丸:3奴-y-2=0和直线6:y-2=a(x-1)分别计算定点坐标A和B,从而计算\AB\的

大小.

【详解】直线4:3以-y-2=0经过的定点坐标为(0,—2),直线小丁-2=a(x-1)经过的定点坐标为

。,2),

从而计算|=^(O-l)2+(-2-2)2=V17.

故答案为:JT7.

15.二面角0-/-分的棱上有两个点A,B,线段8。与AC分别在这个二面角的两个面内,并且垂直于棱

,,若AB=4,AC=6,3Q=8,CD=2a7,则平面a与平面夕的夹角为.

【答案】60°##-

3

【解析】

【分析】先设平面a与平面B的夹角为0,因为AC±AB,50工A5,所以CAAB=0,BDAB=0,

根据空间向量得cr>=CA+A8+BO,两边平方代入数值即可求出答案.

【详解】设平面々与平面£的夹角为氏因为ACLAB,BD±AB,

所以G4AB=0,BDAB=0,

由题意得CD=CA+AB+BD,

所以

22222

|CD|=\CA+AB+BD|=|G4|+|AB|+|BD|+2cA.AB+2CA-BD+2AB-BD

11

曰可+网②+即韦四加

=36+16+64+2x6x8xcos(180°-,)=倒&

所以cos(180°=一:,即cos8=;,

所以。=60°,即平面a与平面B的夹角为60°.

故答案为:60•

16.若空间两个单位向量。/=(加,0,扑)、OB=(0,p,〃)与0。二(1/,1)的夹角都等于。,则当。取最

小值时,cosZAOB=.

【答案】1##0.5

【解析】

【分析】由题设,结合空间向量模长、夹角的坐标公式列方程组,结合不等式求解最值,再由cos(OA,OB>=n2

即可求结果.

/+"2=]

-2一2_1.

nTp—1m2+n2=1

lYlT1

【详解】由题意可得<cos(OA,OC)=——=cos0,贝卜/+p2=1,

V3

m=p

cos〈O5,OC)==cos0

由m2+/=i=(相+〃)2=i+2m几<i+2x(.:♦)

故-叵Gm+RG叵,当且仅当加=〃=],或加=〃=时等号成立,

故cos6=q声^,点,由于。^[。,兀],故当cos6==宏时,此时夕取最小值时,

OAOB

故cos(OA,OB)==n2=—

HM2

故答案为:g

四.解答题(本大题共6小题,共70分.解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤.)

12

17.已知平面直角坐标系内三点A(—2,T),3(2,O),C(-1,1).

(1)求直线AB的斜率和倾斜角;

(2)若可以构成平行四边形,且点。在第一象限,求点O的坐标及切所在直线方程;

(3)若£(尤,y)是线段AC上一动点,求一一的取值范围.

x2

7T

【答案】(1)1,-

4

(2)(3,5),x-y+2=0

-1/

(3)--,1

【解析】

【分析】(1)根据直线的斜率公式以及倾斜角的定义即可求得答案;

(2)根据平行四边形性质结合直线的斜率公式即可求得答案;

(3)根据二二的几何意义结合斜率公式即可求得答案.

x—2

【小问1详解】

—4兀

由题意得直线A3的斜率为------=1,所以直线A3的倾斜角为一;

-2-24

【小问2详解】

点。在第一象限时,kAB=kCD,kAC=kBD.

故点。的坐标为(3,5);

13

故"所在直线方程为:?,即尤一y+2=0;

5—13—(—1)

【小问3详解】

由题意得上为直线BE的斜率,

x—2

当点E与点。重合时,直线班的斜率最小,kBC=-^—=--;

-1-23

当点E与点/重合时,直线BE的斜率最大,心=1;

故直线班的斜率的取值范围为一,

即上的取值范围为一上1.

x—2_3_

18.已知空间三点A(—2,0,2)、5(—1」,2)、C(-3,0,4),设£=4瓦b=AC-

(1)设卜|=3,C//BC-求C.

(2)若左。+人与左a—2。互相垂直,求h

【答案】(1)c=(—2,—1,2)或(2,1,—2)

(2)k=2或—.

2

【解析】

【分析】(1)利用向量共线定理,结合口=3即可得出;

(2)利用向量的坐标运算、向量垂直与数量积的关系(左。+»[”24=0即可得出.

【小问1详解】

由于〃=AB=(1,1,0),b=AC=(—1,0,2),则3C=AC—AB=(―2,—1,2),

由于c//BC,设0=%(一2,—1,2),由卜|=3,则9=r(4+l+4),即有左=±1,

14

则c=(-2,-1,2)或(2,L-2).

【小问2详解】

ka+b^左”2b互相垂直,贝((应+♦)•(场一2可=。,

贝1J左2a2-2必一左。2=0,由(1)a=(1,1,0),1=(-1,0,2),即有2左?一2x5+2=0,

解得左=2或

2

19.已知的顶点8(—2,0),A3边上的高所在的直线方程为无+3y-26=0.

(1)求直线A3的方程;

(2)在两个条件中任选一个,补充在下面问题中并作答.

①角A的平分线所在直线方程为x+y-2=0.

②边上的中线所在的直线方程为y=3.

若,求直线AC的方程.

注:如果选择多个条件分别解答,则按第一个解答计分.

【答案】(1)3x-y+6=0

(2)x-3y+10=0

【解析】

【分析】(1)根据直线垂直,求得斜率,利用点斜式方程,可得答案;

(2)联立直线方程,求得点A的坐标,分别利用角平分线的对称或中线的对称,可得答案.

【小问1详解】

因为A5边上的高所在的直线方程为x+3y—26=0,

所以直线A3的斜率左=3,又因为的顶点5(—2,0),

所以直线A5的方程为:y=3(x+2),即3x—y+6=0;

【小问2详解】

若选①,角A的平分线所在直线方程为x+y—2=0,

由;/,解得〈°,所以点/坐标为4(—1,3),

[y=3x+6[y=3v)

设点6关于x+y—2=0的对称点为B\x0,%),

15

=]

则卜。+2,解得[无。]

即即坐标为(2,4),

—+及-2=0E=4

I22

又点8,(4,2)在直线AC上,所以AC的斜率kAC=芸=§,

所以直线AC的方程为y—4=g(x—2),即%-3y+10=0.

若选②:边上的中线所在的直线方程为y=3,

y=3x——1/、

解得jy—3,所以点A(—L3),

y=3x+6

设点C则的中点在直线y=3上,

所以与辿=3,即必=6,又点C(%,6)在直线%+3y—26=0上,所以C(8,6),

Z"Q11

所以AC的斜率kAC=,所以直线AC的方程为y-6=-(x-8),

8+133

即直线AC的方程为x-3y+10=0.

20.空间中,两两互相垂直且有公共原点的三条数轴构成直角坐标系,如果坐标系中有两条坐标轴不垂直,

那么这样的坐标系称为“斜坐标系”.现有一种空间斜坐标系,它任意两条数轴的夹角均为60°,我们将

这种坐标系称为“斜60°坐标系”.我们类比空间直角坐标系,定义”空间斜60°坐标系”下向量的斜60°

坐标:《分别为“斜60°坐标系”下三条数轴(x轴、y轴、z轴)正方向的单位向量,若向量

n=xi+yj+zk,则〃与有序实数组(尤,y,z)相对应,称向量"的斜60°坐标为[x,y,z],记作

n=[x,y,z].

(1)若5=[1,2,3],b=[-1,1,2],求a+b的斜60°坐标;

(2)在平行六面体ABCD-ABCR中,AB=AD=2,9=3,ZBAD=ZBAA^=ZDAA^=60,N

为线段的中点.如图,以{AB.AZXAA}为基底建立“空间斜60。坐标系”.

①求BN的斜60°坐标;

16

②若AM=[2,-2,0],求AM与BN夹角余弦值.

【答案】(1)[0,3,5]

(2)①[-1,2,3];②—巫

10

【解析】

【分析】对于小问(1),因为匕=[1,2,3],b=[-1,1,2],可以通过“空间斜60°坐标系”的定义,化简

为a=i+2/+3左,b=-i+j+2k,再计算a+b的斜60°坐标.

对于小问(2),设j,左分别为与AB>AD>M同方向的单位向量,则AB=2i>AD=2j,AAl=3k,

①中,通过平行六面体ABCD-ABC,DX得到BN=BC+CQ+QN,从而得到BN的斜60°坐标;

②中,因为40=[2,-2,0],所以结合①中的BN的斜60°坐标,并通过

BNAM

cos<BN,AM>=------------,计算AM与BN夹角的余弦值.

|BN|•|AM|

【小问1详解】

由b=[-1,1,2],

知〃=i+2/+3左,b=—i+j+2k,

所以a+b=(,+2/+3%)+(—,+)+2左)=3/+5%,所以a+b=[0,3,5];

【小问2详解】

设i,j.k分别为与AB,AD>M同方向的单位向量,

则AB=2z,AD=2j,A4]=3k>

1

①BN=BC+CCl+ClN^AD+AAl--AB=2j+3k-i^-i+2j+3k,

BN=[-1,2,3].

②因为AM=[2,—2,0],所以AM=2/—2/,

则|AM|=|2z-2j|=J(2i—=^4Z2+4J2-8Z-j=54+4-4=2,

,:\BN\=M+3k-i)2=屈,

.2.2--

­­BN-AM=(-i+2j+3k)^2i-2j)=4i-j+6i'k-2i-4j—6k・j+2i・j=-3,

17

cos<BN,AM>=---------------=——=-------,

\BN\-\AM\V15X210

所以AM与BN的夹角的余弦值为-边5

10

21.如图,在四棱锥P—A3CD中,面ABC。,AD±CD,AD//BC,PA=AD=CD^2,

BC=3.£为。£)的中点,点户在棱PC上,且PC=3P产,点G在棱PB上,且生=2.

PB

(1)求证:CD上面PAD;

(2)当彳=工时,求点G到平面A即的距离;

2

(3)是否存实数4,使得4E,F,G四点共面,若存在,求出;I的值;若不存在,说明理由.

【答案】(1)证明见解析

⑵逅

3

2

(3)存在,2=-

3

【解析】

【分析】(1)由QALCD,4。,。£)得。。,面口4。;

14G,初

(2)求出面AEF的一个法向量为〃?,点G到平面力四的距离为-7-------;

\m\

(3)若4E,F,G四点共面,则〃?.AG=0,由此求得X.

【小问1详解】

由上4上面ABCD,CDu面ABCD,则"4,CD,

又ADLCD且上4cAz)=A,PA,A£>u面上位>,

可得:。_1_面。4。.

【小问2详解】

18

以力为原点,面A3CD内与AD垂直的直线为x轴,AD,AP方向为y轴,z轴的正方向建立如图所示的

空间直角坐标系A-型,

易知:4(0,0,0),尸(0,0,2),C(2,2,0),。(0,2,0),3(2,—1,0),

I](224

由M=可得:AF=AP+-PC=(0,0,2)+-(2,2,-2)=

由P^=gpD可得:E(0,l,l),则AE=(0,1,1),

m•AF=—x+—y+—z=0

设平面的法向量为:rn=(x,y,z),则<333

m•AE=y+z=0

令y=1得x=l,z=-l,

・,•面AEb的一个法向量为m=(1』,T),

111

因为=则G(l,—子1),AG=

•••点G到平面AEF的距离为:MG•川="万一”=立,

Im\V36

即点G到平面4y的距离为逅.

【小问3详解】

存在这样的;L

由PG=4PB可得:PG=2(2,-1,-2)=(22,-2,-22),

则AG=AP+PG=(0,0,2)+(2/1,-2,-22)=(22,-2,2-22),

若4E,F,C四点共面,则AG在面AEF内,

又面AM的一个法向量为m=(1/,T),

19

2

存在这样的X=—,使得四点共面.

3

22.如图,圆台QQ的轴截面为等腰梯形AACCI,AC=2A&=24£=4,6为底面圆周上异于4C

的点.

(1)若尸是线段8c的中点,求证:GP〃平面AAB;

(2)设平面AA3'平面GCB=/,Qe/,BQ与平面所成角为a,当四棱锥3—AACG的体积最

大时,求sina的最大值.

【答案】(1)证明见解析

【解析】

【分析】(1)根据线面平行的判定定理即可证明结论;

(2)作出平面AA3和平面GCB的交线,确定四棱锥3-AACG的体积最大时6点位置,从而建立空

间直角坐标系,利用空间角的向量求法求出8G与平面3c所成角的正弦值,利用换元法结合二次函数性

质即可求得其最大值.

【小问1详解】

取AB中点〃,连接因户为3c中点,

则有PH//ACP"二工AC,

2

20

在等腰梯形AACG中,AG=gAC,故有HP〃AG,"尸=4G,

则四边形AGP”为平行四边形,

即有GP//A]”,又A

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