1.审题要津:本题是正方体中的线面关系问题,可用空间向量法求解。
解析:如图建立坐标系,设正方体棱长为1,与面的夹角为,则d(0,0,0),c(0,1,0),b(1,1,0),a(1,0,0), 0,0,1), 1,1,1), 1,1,0),=1,0,1), 0,0,1),设面的法向量=(,则0==且0==,取=1,则=1, =1, ∴1,1,1故选d.
2.解析:(1)证明线线垂直方法有两类:
一是通过三垂线定理或逆定理证明,二是通过线面垂直来证明线线垂直;(2)证明线面平行也有两类:一是通过线线平行得到线面平行,二是通过面面平行得到线面平行。
答案:解法一:()直三棱柱abc-a1b1c1,底面三边长ac=3,bc=4ab=5, ac⊥bc,且bc1在平面abc内的射影为bc,∴ ac⊥bc1;
)设cb1与c1b的交点为e,连结de,∵ d是ab的中点,e是bc1的中点, de//ac1,∵ de平面cdb1,ac1平面cdb1, ac1//平面cdb1;
解法二:∵直三棱柱abc-a1b1c1底面三边长ac=3,bc=4,ab=5,∴ac、bc、c1c两两垂直,如图,以c为坐标原点,直线ca、cb、c1c分别为x轴、y轴、z轴,建立空间直角坐标系,则c(0,0,0),a(3,0,0),c1(0,0,4),b(0,4,0),b1(0,4,4),d(,2,0)
1)∵=3,0,0),=0,-4,0),∴0,∴ac⊥bc1.
2)设cb1与c1b的交战为e,则e(0,2,2).∵0,2),=3,0,4),∴de∥ac1.
点评:2.平行问题的转化:
面面平行线面平行线线平行;
主要依据是有关的定义及判定定理和性质定理.
3.解:(1)∵四边形是平行四边形,∴,共面;
2)∵,又∵,所以,平面平面.
4.解析:要判断点与是否一定共面,即是要判断是否存在有序实数对使或对空间任一点,有。
答案:由题意:,,即,所以,点与共面.
点评:在用共面向量定理及其推论的充要条件进行向量共面判断的时候,首先要选择恰当的充要条件形式,然后对照形式将已知条件进行转化运算.
5.解析:要证明平面,只要证明向量可以用平面内的两个不共线的向量和线性表示.
答案:证明:如图,因为在上,且,所以.同理,又,所以。
又与不共线,根据共面向量定理,可知,,共面.由于不在平面内,所以平面.
点评:空间任意的两向量都是共面的.与空间的任两条直线不一定共面要区别开。
7.证明:(1)取如图坐标系。
则p(0,0,),d(,0,0),(0),b(0,1,0),m(0,,)是平面pad的一个法向量。设是面pcd的法向量,
由(1)由。
1)(2)取平面padpcd
ac与pb所成的角为。
3)设是平面amc的法向量由。
取设是平面 bmc的法向量。
由。由(1)(2) 取y=1,得。
平面amc与平面bmc所成的角的余弦值为:
简评一:用上述基本命题求解立体几何中的问题,基本技能明显,易于操作。
8.解析:本小题考查直线与平面平行,直线与平面垂直,二面角等基础知识,考查空间想象能力和推理论证能力。
答案:(1)是的中点,取pd的中点,则。
又四边形为平行四边形,
4分)(2)以为原点,以、、所在直线为轴、轴、轴建立空间直角坐标系,如图,则,,,
在平面内设,,,由
由 是的中点,此时8分)
(3)设直线与平面所成的角为,设为。
故直线与平面所成角的正弦为12分)
解法二:(1)是的中点,取pd的中点,则。
又。四边形为平行四边形,
4分)(2)由(1)知为平行四边形。
又。同理,
为矩形 ∥,又。
作故。交于,在矩形内,,
为的中点。
当点为的中点时8分)
(3)由(2)知为点到平面的距离,为直线与平面所成的角,设为, 直线与平面所成的角的正弦值为
点评:(1)证明线面平行只需证明直线与平面内一条直线平行即可;(2)求斜线与平面所成的角只需在斜线上找一点作已知平面的垂线,斜线和射影所成的角,即为所求角;(3)证明线面垂直只需证此直线与平面内两条相交直线垂直变可。这些从证法中都能十分明显地体现出来。
2)ae等于何值时,二面角的大小为。
9. 解:取如图所示空间直角坐标系。
设则(1)2),设是平面的法向量,由。
由。1)(2)取设e到平面的距离为,则。
3)平面cde的法向量为。
设是平面的法向量由。
1) (2)取。
2) 由 简评四:对于探索性问题,采取逆向探求方法求解。用向量方法先设出未知数,引入方程,体现出几何与代数的相互联系与转化,这正是解析几何的优越性之所在。
抛物线的几个常见结论及其应用(1212)
结论一:(1)若ab是抛物线的焦点弦(过焦点的弦),且,则:,。
证明:因为焦点坐标为f(,0),当ab不垂直于x轴时,可设直线ab的方程为:,由得: ∴
当ab⊥x轴时,直线ab方程为,则,,∴同上也有:。
2)已知直线ab是过抛物线焦点f,求证:为定值。
证明:设,,由抛物线的定义知:,,又+=,所以+=-p,且由结论一知:。
则: =常数)
练习:过抛物线的焦点作一直线交抛物线于两点,若线段与的长分别是,则。
解析:化为标准方程,得,从而.取特殊情况,过焦点的弦垂直于对称轴,则为通径,即,从而,故】
结论二:(1)ab是抛物线的焦点弦,且直线ab的倾斜角为α,则(α≠0)。(2)焦点弦中通径(过焦点且垂直于抛物线对称轴的弦)最短。
证明:(1)设,,设直线ab:
由得:, 易验证,结论对斜率不存在时也成立。(2)由(1):ab为通径时,,的值最大,最小。
例:已知过抛物线的焦点的弦ab长为12,则直线ab倾斜角为 。
解:由结论二,12=(其中α为直线ab的倾斜角),则,所以直线ab倾斜角为或。
结论三:两个相切:(1)以抛物线焦点弦为直径的圆与准线相切。
2)过抛物线焦点弦的两端点向准线作垂线,以两垂足为直径端点的圆与焦点弦相切。
已知ab是抛物线的过焦点f的弦,求证:(1)以ab为直径的圆与抛物线的准线相切。
2)分别过a、b做准线的垂线,垂足为m、n,求证:以mn为直径的圆与直线ab相切。
证明:(1)设ab的中点为q,过a、q、b向准线l作垂线,垂足分别为m、p、n,连结ap、bp。
由抛物线定义:,以ab为直径为圆与准线l相切。
2)作图如(1),取mn中点p,连结pf、mf、nf,,am∥of,∴∠amf=∠afm,∠amf=∠mfo,∠afm=∠mfo。同理,∠bfn=∠nfo,∠mfn=(∠afm+∠mfo+∠bfn+∠nfo)=90°,∠pfm=∠fmp
∠afp=∠afm+∠pfm=∠fma+∠fmp=∠pma=90°,∴fp⊥ab
以mn为直径为圆与焦点弦ab相切。
结论四:抛物线方程为,过(,0)的直线与之交于a、b两点,则oa⊥ob。反之也成立。
证明:设直线ab方程为:,由得,
ao⊥bo,⊥∴
将,代入得,。∴直线ab恒过定点(0,1)。
当且仅当k=0时,取最小值1。
结论五:对于抛物线,其参数方程为设抛物线上动点坐标为,为抛物线的顶点,显然,即的几何意义为过抛物线顶点的动弦的斜率.
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