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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
兀
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.
兀
【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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