课后作业(四十) 空间点、直线、平面之间的位置关系
说明:单项选择题每题5分,多项选择题每题6分,填空题每题5分,本试卷共85分
一、单项选择题
1.若直线上有两个点在平面外,则( )
A.直线上至少有一个点在平面内
B.直线上有无穷多个点在平面内
C.直线上所有点都在平面外
D.直线上至多有一个点在平面内
2.两条直线a,b分别和异面直线c,d相交,则直线a,b的位置关系是( )
A.一定是异面直线
B.一定是相交直线
C.可能是平行直线
D.可能是异面直线,也可能是相交直线
3.如图,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,异面直线A1D与D1C所成的角为( )
A. B.
C. D.
4.已知平面α∩平面β=l,点A,C∈α,点B∈β,且B l,又AC∩l=M,过A,B,C三点确定的平面为γ,则β∩γ是( )
A.直线CM B.直线BM
C.直线AB D.直线BC
5.(2024·湖南长沙二模)如图,在三棱柱ABC-A1B1C1中,E,F,G,H分别为BB1,CC1,A1B1,A1C1的中点,则下列说法错误的是( )
A.E,F,G,H四点共面
B.EF∥GH
C.EG,FH,AA1三线共点
D.∠EGB1=∠FHC1
6.如图,在棱长为2的正方体ABCD-A1B1C1D1中,E是棱CC1的中点,过A,D1,E三点的截面把正方体ABCD-A1B1C1D1分成两部分,则该截面的周长为( )
A.3+2 B.2+3
C. D.2+2+2
7.(2024·陕西西安一模)如图,在直三棱柱ABC-A1B1C1中,△ABC为等腰直角三角形,且AB=AC=AA1=1,则异面直线AB1与A1C所成角的正弦值为( )
A. B.
C. D.
8.《几何原本》是古希腊数学家欧几里得的一部不朽之作,其第十一卷中称轴截面为等腰直角三角形的圆锥为直角圆锥.如图,若AB,CD是直角圆锥SO底面圆的直径,且∠AOD=,则异面直线SA与BD所成角的余弦值为( )
A. B.
C. D.
二、多项选择题
9.已知空间中的平面α,直线l,m,n以及点A,B,C,D,则以下四个命题中,不正确的是( )
A.在空间中,四边形ABCD满足AB=BC=CD=DA,则四边形ABCD是菱形
B.若l α,A∈l,则A α
C.若m α,n α,A∈m,B∈n,A∈l,B∈l,则l α
D.若l和m是异面直线,n和l是平行直线,则n和m是异面直线
10.如图,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,O为正方形ABCD的中心,当点P在线段BC1上(不包含端点)运动时,下列直线中一定与直线OP异面的是( )
A.AB1 B.A1C
C.A1A D.AD1
三、填空题
11.有下列四个命题:
①空间四点共面,则其中必有三点共线;
②空间四点不共面,则其中任意三点不共线;
③空间四点中有三点共线,则此四点共面;
④空间四点中任意三点不共线,则此四点不共面.
其中所有真命题的序号为________.
12.从正方体八个顶点的两两连线中任取两条直线a,b,且a,b是异面直线,则a,b所成角的余弦值的所有可能取值构成的集合是 ________.
四、解答题
13.如图,正四棱柱ABCP-A′B′C′P′.
(1)请在正四棱柱ABCP-A′B′C′P′中,画出经过P,Q,R三点的截面(无需证明);
(2)若Q,R分别为A′B′,B′C′的中点,证明:AQ,CR,BB′三线共点.
14.正多面体被古希腊圣哲认为是构成宇宙的基本元素,加上它们的多种变体,一直是科学、艺术、哲学灵感的源泉之一.如图,该几何体是一个高为4的正八面体,G为BC的中点,求异面直线EG与BF所成角的正弦值.
1 / 5课后作业(四十)
[A组 在基础中考查学科功底]
1.D [两点确定一条直线,由于直线上有两个点在平面外,则直线在平面外,只能是直线与平面相交,或者直线与平面平行,则可知直线上至多有一个点在平面内.故选D.]
2.D [如图,直线c与d是异面直线,直线a与直线b分别和直线c与直线d相交于点A,B,C,D,
根据题意可得当点D与点B重合时,直线a,b相交,当点D与点B不重合时,直线a,b异面,
所以直线a,b的位置关系是异面或相交.故选D.]
3.C [连接A1B(图略),因为A1B∥D1C,所以A1D与A1B所成的角即为异面直线A1D与D1C所成的角,因为△A1BD为正三角形,所以A1D与A1B所成的角为,所以异面直线A1D与D1C所成的角为.故选C.]
4.B [已知过A,B,C三点确定的平面为γ,则AC γ.又AC∩l=M,则M∈γ,又平面α∩平面β=l,则l α,l β,又因为AC∩l=M,所以M∈β,因为B∈β,B∈γ,所以β∩γ=BM.故选B.]
5.D [对于AB,如图,连接EF,GH,因为GH是△A1B1C1的中位线,所以GH∥B1C1,因为B1E∥C1F,且B1E=C1F,所以四边形B1EFC1是平行四边形,所以EF∥B1C1,所以EF∥GH,所以E,F,G,H四点共面,故AB正确;
对于C,如图,延长EG,FH相交于点P,因为P∈EG,EG 平面ABB1A1,所以P∈平面ABB1A1,
因为P∈FH,FH 平面ACC1A1,所以P∈平面ACC1A1,因为平面ABB1A1∩平面ACC1A1=AA1,所以P∈AA1,所以EG,FH,AA1三线共点,故C正确;
对于D,当三棱柱ABC-A1B1C1为直三棱柱时=,tan ∠FHC1=,且EB1=FC1,当GB1≠HC1时,tan ∠EGB1≠tan ∠FHC1,
所以∠EGB1与∠FHC1不一定相等,故D错误.故选D.]
6.A [如图,取BC的中点F,连接EF,AF,BC1,
因为E,F分别为棱CC1,BC的中点,则EF∥BC1,又BC1∥AD1,则有EF∥AD1,所以平面AFED1为所求截面,
因为正方体ABCD-A1B1C1D1的棱长为2,所以EF=,D1E=AF==,AD1=2,所以四边形AFED1的周长为3+2.
故选A.]
7.B [将直三棱柱ABC-A1B1C1补形为如图所示的正四棱柱,
连接B1D,AD,则B1D∥A1C,
则异面直线AB1与A1C所成的角为∠DB1A(或其补角),
又DB1=B1A==,AD==,
由余弦定理的推论可得
cos ∠DB1A==,
所以sin ∠DB1A==,故B正确.
故选B.]
8.C [如图,连接AD,BC,AC,SC.
因为O为AB,CD的中点,且AB=CD,所以四边形ADBC为矩形,所以DB∥AC,所以∠SAC或其补角为异面直线SA与BD所成的角.
设圆O的半径为1,则SA=SC=.
因为∠AOD=,所以∠ADO=,则AD=1,
在Rt△DAC中,CD=2,得AC=,
所以cos∠SAC==,
所以异面直线SA与BD所成角的余弦值为.故选C.]
9.ABD [对于A项,正四面体A-BCD的各棱长均相等,四边形ABCD为空间四边形,不是菱形,故A项错误;
对于B项,若l α,则l∥α或l与α相交,所以A α或A∈α(此时A为l与α的交点),故B项错误;
对于C项,由已知可得,A∈α,B∈α,即直线l上有两个点在平面α内,根据基本事实2可知l α,故C项正确;
对于D项,如图,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,A1B1与BC异面(l,m是异面直线),A1B1∥AB(l∥n),
但AB∩BC=B(m,n相交),故D项错误.故选ABD.]
10.BCD [对于A,如图1,连接AB1,C1D,BD,
当P为BC1的中点时,OP∥DC1∥AB1,故A不正确;
对于B,如图2,连接A1C,A1C1,AC,因为A1C 平面AA1C1C,O∈平面AA1C1C,O A1C,P 平面AA1C1C,所以直线A1C与直线OP一定是异面直线,故B正确;
对于C,如图2,因为A1A 平面AA1C1C,O∈平面AA1C1C,O A1A,P 平面AA1C1C,
所以直线A1A与直线OP一定是异面直线,故C正确;
对于D,如图3,连接AD1,D1C,AC,
因为AD1 平面AD1C,O∈平面AD1C,O AD1,P 平面AD1C,
所以直线AD1与直线OP一定是异面直线,故D正确.
故选BCD.]
11.②③ [①中,对于平面四边形来说不成立,故①是假命题;②中,若四点中有三点共线,则根据“直线与直线外一点可以确定一个平面”知四点共面,与四点不共面矛盾,故②是真命题;由②的分析可知③是真命题;④中,平面四边形的四个顶点中任意三点不共线,但四点共面,故④是假命题.]
12. [因为从正方体八个顶点的两两连线中任取两条直线a,b,且a,b是异面直线,
又异面直线的夹角范围为,所以其余弦值范围为[0,1),可以分为以下几类:
两条棱所在直线异面时,所成角的度数是,其余弦值为0;
面对角线与棱所在直线异面时,所成角的度数是或,其余弦值为或0;
两条面对角线异面时,所成角的度数是或,其余弦值为或0;
体对角线与棱所在直线异面时,所成角的余弦值为;
体对角线与面对角线异面时,所成角的度数是,其余弦值为0.
所以从正方体八个顶点的两两连线中任取两条直线a,b,且a,b是异面直线,则a,b所成角的余弦值的所有可能取值构成的集合是.]
13.解:(1)作直线QR分别交P′A′,P′C′的延长线于点M,N,连接MP交AA′于点S,
连接PN交CC′于点T,连接SQ,TR,
如图五边形PSQRT即为所求.
(2)证明:如图,连接QR,AC,A′C′,则AC=A′C′,AC∥A′C′,∵Q,R分别为A′B′,B′C′的中点,∴QR∥A′C′,又AC∥A′C′,
∴QR∥AC,而AC=2QR,可得四边形AQRC为等腰梯形,
设AQ∩CR=O,则O∈AQ,
∵AQ 平面A′B′BA,∴O∈平面A′B′BA,同理O∈平面B′C′CB,
又平面A′B′BA∩平面B′C′CB=BB′,∴O∈BB′,
即AQ,CR,BB′三线共点.
14.解:如图,连接BD,取BD的中点O,连接EO,DG,由正八面体的性质知EO=2,BF∥DE,
所以∠DEG(或补角)为异面直线EG与BF所成的角,
在Rt△BOE中,EO2+BO2=BE2,
则22+=BE2,解得BE=2,
即正八面体的棱长为2,
在Rt△DCG中,CD2+=DG2,
所以(2)2+()2=DG2,即DG=,
在等边△BCE中,EG=×2=,
在△DEG中,由余弦定理得
DG2=DE2+EG2-2DE·EG·cos ∠DEG,
所以10=8+6-2×2×cos ∠DEG,
所以cos ∠DEG=,且∠DEG为锐角,
所以sin ∠DEG=.
即异面直线EG与BF所成角的正弦值为.
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