立体几何备考指南

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  立体几何是发展同学们空间想象能力与逻辑推理能力的重要载体。高考对立体几何的考查主要由三部分组成:一是计算空间几何体的表面积和体积;二是证明空间点、直线、平面的位置关系;三是计算空间角等问题。本文结合典型例题对立体几何的考查重点进行剖析,总结解题方法,供同学们复习时参考。
  高频考点1:空间几何体的结构
  高考通常以空间几何体为载体,考查与此相关的三视图、表面积和体积等知识,题型以客观题为主。解题的关键是认识柱、锥、台、球及其简单组合体的结构特征,理解几何体表面积和体积的计算公式。
  点评:根据正△ABC及O是PC的中点,同学们可以发现三棱锥O -ABC是正三棱锥,从而找到三棱锥P-ABC的体积与其外接圆半径R之间的等量关系。
  点评:本题以空间几何体的三视图为载体,考查几何体表面上的最短距离,基本思路是根据三视图得出展开图,再利用平面几何关系求出最短距离,体现了化折为直、化曲为直的思想。
  高频考点2:空间中的平行与垂直关系
  在探究线面平行或垂直关系时,同学们既要熟悉与平行、垂直相关的判定定理和性质定理,也要认真体会“转化”这一数学思想方法,这种转化思想不仅体现在平行(或垂直)内部,也体现在平行与垂直之间的互相转化。
  例3 (2020年山西五地联考)如图3,在矩形ABCD中,AB=2AD,E为边AB的中点,将△ADE沿直线DE翻折成△A1DE。若M为线段A1C的中点,则在△ADE的翻折过程中,下面四个命题中不正确的是(
  )。
  A. | BM|是定值
  B.点M在某个球面上运动
  C.存在某个位置,使DE⊥A1C
  D.存在某个位置,使MB∥平面A1DE
  解析:如图4,取CD的中点N,连接MN,BN,则MN∥DA1,BN∥DE,容易得到平面MNB∥平面A1 DE,所以MB∥平面A1 DE,故D正确。
  由∠A1DE= ∠MNB ,MN=1/2 A1D=定值,NB=DE=定值,由余弦定理可得MB2=MN2 NB2-2MN . NB .cos∠MNB,所以MB是定值,故A正确。
  因为B是定点,所以M在以B为圆心,MB为半径的球上,故B正确。
  因为A1C在平面ABCD中的射影为AC,而AC与DE不垂直,可得C不正确。
  点评:本题主要考查空间位置关系的判定,处理翻折问题时要明确翻折过程中哪些量发生了变化。判断C选项时用到了三垂线定理及其逆定理,这有助于迅速判断两条直线是否具有垂直关系。
  例4(2020年滨海模拟)如图5,在三棱锥A-BCD中,点M,N分别在棱AC,CD上,且N为CD的中点。
  (1)当M为AC的中点时,求证:AD∥平面BMN:
  (2)若平面ABD⊥平面BCD,AB⊥BC,求证:BC⊥AD。
  解析:(1)在△ACD中,因为M,N分别为棱AC,CD的中点,所以MN //AD。又AD≮平面BMN,MN(平面BMN,所以AD//平面BMN。
  (2)如图6,在平面ADB内,作AO⊥BD,垂足为O。因为平面ABD上平面BCD,平面ABDn平面BCD=BD,AO(平面ABD,所以AO⊥平面BCD。因为BC[平面BCD,所以AO⊥BC。又AB⊥BC,AO,AB(平面ABD,AO∩ AB=A,所以BC⊥平面ABD。又AD(平面ABD,所以BC⊥AD。
  点评:本题主要考查线面平行的判定、面面垂直性质定理的应用及通过证明线面垂直得到线线垂直的过程,条件中的面面垂直通常转化为线面垂直。
  高频考点3:空间中角的计算
  空間角包括异面直线所成的角、直线与平面所成的角及二面角,在高考中经常以解答题的形式出现。正确求解此类问题的关键是明确上述空间角的范围,通过建立适当的空间直角坐标系,然后利用向量方法进行计算。
  例5(2020年浙江义乌模拟)如图7.在多面体ABCDEF中,正方形ABCD和矩形BDEF垂直,G,H分另U是DE和BC的中点,AB=BF=2。
  (1)求证:DE⊥平面ABCD;
  (2)若在BC边所在的直线上存在一点P,使得FP∥平面AGH,求FP的长;
  (3)求直线AF与平面AGH所成角的正弦值。
  解析:(l)因为平面ABCD上平面BDEF,平面ABCD n平面BDEF=BD,DE(平面BDEF,DE⊥BD,所以DE⊥平
  点评:本题考查面面垂直的性质、线面角的求解及线面平行的应用。本题的易错点是忽略线面角的取值范围,造成正弦值为负值。
  点评:通过直线的平移,把异面直线BC与PD所成的角转化成∠ADP=120度,再根据条件中的垂直关系建立合适的空间直角坐标系,用向量法求立体几何中的线线角、线面角和二面角。
  (责任编辑 王福华)
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