福建省高考数学一轮经典例题 棱锥 理 试题.doc

典型例题一例1 正六棱锥的底面周长为24，侧面与底面所成角为，求：（1）棱锥的高；（2）斜高；（3）侧棱长；（4）侧棱与底面所成角．分析：本题涉及了正棱锥的若干基本量，可以把基本量放置到直角三角形中，由已知量求未知量．解：正六棱锥的底面周长为24．∴正六棱锥的底面边长为4．在正棱锥中，取中点，连，，是正六边形的中心．连，则底面∴．∴是侧面与底面所成二面角的平面角，即．（1）在△中，，，∴．（2）同样在△中，斜高，（3）△中，，．∴．（4）∵底面，∴是侧棱与底面所成角，同样在△中，，∴，说明：在立体几何中，要善于把长度和角度放到三角形中去解决，正棱锥中有关长度、角度主要在两上重要的直角三角形中，本题中的方法也可用于其它正棱锥中．比如：已知正四棱锥底面边长为，相邻两侧面所成二面角为，求正棱锥的高、斜高、侧棱长．正四棱锥相邻侧面是全等的等腰三角形，利用这个性质先落实相邻侧面所成二面的平面角，先计算侧棱长为，然后利用底面边长和侧棱长在两个重要的直角三角形中，计算出高为，斜高为．典型例题二例2 如图所示，正四棱锥棱长均为13，，分别是，上的点，且．（1）求证：直线平面；（2）求直线与底面所成角的正弦．分析：（1）要证明平面，只需证明与平面内某一条直线平行．为此连并延长交于，连．可考虑证明．（2）若能证明，则即为直线与底面所成的角．解：（1）连并延长交于，再连．∵，∴，又，∴，∴，又平面，平面，∴平面．（2）设为底面中心，连，，则平面．又，则为直线与平面所成的角．由及，得，在△中，，，，由余弦定理，得．在△中，，，则．说明：本题（2）若直接求与平面所成的角，计算就比较复杂，而平移为求与底面所成的角，计算就易得多．可见，平移是求线线、线面所成角的重要方法．典型例题三例3 斜三棱柱的底面△是直角三角形，，侧棱与底面成角，点在底面的射影为的中点，．（1）求证；（2）若为的二面角，求四棱锥的体积．分析：证关键在于证出其中一条线垂直于另一条线所在的平面；而求棱锥的体积关键在于求出其底面积和高．这两个问题可由题设及线与线、线与面的位置关系求得．解：如图所示，（1）∵平面，底面，∴．∵，∴平面，∴．∵在底面上的射影为的中点，侧棱与底面成角，∴四边形是菱形，∴，∴平面，∴．（2）过作，连结．∵平面，∴是在平面上的射影，∴，∴是二面角的平面角，∴．在△中，，在△中，由可得．∴，∴ ．∴ （体积单位）．说明：证明线线垂直转化成证线面垂直是证明时常用的方法之一，而证线面垂直时又涉及线与线的垂直，因此线与面各种位置关系经常贯穿问题的始终．当遇到一线垂直于一截面，而截面面积又能计算时，将几何体分割成两个体积之和计算也是一种常用的方法．结果便转化成截面与此线相乘的关系，因而使问题得到简化．典型例题四例4如图，在三棱锥中，底面，，、分别是和的中点，为上一点，且，．（1）求证：平面；（2）求截面分棱锥所成两部分的体积之比．分析：由底面，可以判定平面平面，且相交于，因为是的中点，且，所以，于是有平面，．若证平面，只需与平面中的另一条直线垂直就可以了．为此，就要从已知的数量关系着手，找到新的线与线的垂直关系．平面把三棱锥分成两部分，显然这两部分具有相同的高线．所以，只要找到△和四边形的面积之比，就可以确定两部分的体积之比了．证明：（1）∵平面，且平面∴平面平面，且相交于在△中，∵，是边上的中线∴．∴平面∵平面，∴利用两个平面垂直的性质定理可以证明平面在△和△中设，则，，，∵，∵，∴△～△∵，∴∴．∵利用相似三角形的性质，得到∴∵，∴平面．解：（2）∵∵，∴∴∴∴截面分棱锥为两部分，三棱锥与四棱锥的体积之比为1：2．典型例题五例5四棱锥，侧面是边长为2的正三角形且与底面垂直，底面是面积为的菱形，为菱形的锐角．（1）求证：；（2）求二面角的大小；（3）求棱锥的侧面积与体积．分析：取中点，侧面底面，从而可利用三垂线定理转化为证明，线面垂直也为二面角平面角的落实创造了有利条件，棱锥的侧面积可通过抓侧面三角形的特殊性来解决．证明：（1）取中点，连、，∵△是等边三角形，∴，∵面底面，∴底面，∵等边△的边长为2，∴∴菱形的边长为2，又菱形的面积是，∴，∴，又是锐角，∴，∴△是等边三角形，∴，在平面上射影为，∴．解：（2）∵，由（1），，∴，．∴是二面角的平面角，在△中，∴，即二面角的大小为．（3）由（2）在△中，可得，在△中，，，∴，，在△中，，，可得，在△中，，，可得，又正△边长为2，∴，∴，∵，∴．说明：抓线面垂直关系是解决立体几何问题的关键，非特殊棱柱、棱锥的侧面积，往往要通过逐个计算每个侧面的面积相加而得到，这就需要分析每个侧面的具体特点，比如是否为矩形、直角三角形、等边三角形等．可以举一个类似的例子，四棱锥的高为1，底面为菱形，侧面和侧面所成角为，且都垂直于底面，另两侧面与底面都成角，求棱锥的全面积．这里由相交平面与都与底面垂直得到垂直于底面，利用底面，一方面落实了棱锥的高为，另一方面几个二面角的平面角都能方便地落实，四个侧面中，有两个是等腰三角形，有两个是直角三角形，通过计算可得，全面积为．典型例题六例6 已知三棱锥中，、、与底面所成角相等，，，为中点，点在上且截面，（1）求与底面所成角；（2）求到平面的距离．分析：由、、与底面所成角相等可得点在面上射影为△的外心，由于△是直角三角形，可以得到面，面可转化为，是中点，找出到面的垂线落实与面所成角．到面的距离可从两方面得到，一方面直接找到面的垂线，另一方面，用等积法可求点到面的距离．解：（1）∵、、与底面成相等的角，设在面上射影为，则有，∴△≌△≌△，∴且，∴是△的外心．∵△是直角三角形，且是斜边的中点，∴点和点重合，即面，∵截面，过的平面与平面交于，∴，∵是中点，∴是中点，取中点，则，∴平面，∴为与底面所成角．∵，∴，∵且，∴．又，∴△也是等腰直角三角形，∴，∴，在△中，，∴，即与平面所成角为．（2）方法一：∵平面，∴．又∵，∴平面，∴．由（1）△是直角三角形，，∴，∵，∴，∴平面．∵，∴．即到平面的距离为．方法二：∵，，∴平面，∴，又，．∴，∵，，设到面的距离为，∴，∴．，即到平面的距离为．典型例题七例7　如图所示，在三棱锥中，底面，，垂直平分，且分别交、于、，又，．求以为棱，以和为面的二面角的度数．分析：从寻找二面角的平面角入手．二面角的平面角有时图形中没有给出，需要我们自己作出，有时平面角在图形中已经存在，只需要将其找出来．解：∵平面，平面，∴．∵是的垂直平分线，∴，且是的中点．又，∴．又，∴平面，∴．又，∴平面，∴，．从而为二面角的平面角．设，则．∵平面，∴，，从而．又，∴．在中，，∴，又，∴．因此所求的二面角的度数为．说明：本题是通过三棱锥来考查直线与直线、直线与平面、二面角、解三角形等知识，并考查了空间想像能力和逻辑推理能力．解答本题的关键是认定是二面角的平面角．这需要具有一定的观察能力和判断能力，而且要给出严格的证明．学生很可能发现不了即是所求二面角的平面角，自己再作二面角的平面角，使问题复杂化．本题所给条件较多，所以恰当地选择所需条件进行论证和计算也是解决本题的一个难点．典型例题八例8　是所在平面外的一点，、、两两垂直，．求到平面的距离．分析：利用三棱锥的性质、体积以及线面关系求解．解法一：∵，∴在底面内的射影是的外心．又、、两两相互垂直，∴是等边三角形，∴是的重心．如图，在中，，∴．解法二：设点到平面的距离为．∵、、两两垂直，，∴，，．又，∴，∴．∴到平面的距离为．解法三：取的中点，连、．∵，，∴，，∴平面，平面，，∴就是到平面的距离．在中，，，．又∵，∴．说明：本题难度并不大．但是这里所给出的三种方法非常典型．方法一利用确定在底面内射影为的外心；方法二利用体积转化的方法；方法三利用面面垂直的性质定理进行垂足定位．典型例题九例9　如图所示，在三棱锥中，底面为直角三角形，两直角边，三棱锥侧面与底面所成二面角都为．求此三棱锥的侧面积．分析：本题可利用面积射影定理求解．若一棱锥各侧面与底面所成二面角都为，且已知，则由面积射影定理知：．解法一：过作底面的垂线，垂足为，过在底面内作的垂线，垂足为，连结．由三垂线定理知，∴为侧面与底面所成二面角的平面角，即．又可知为的内心．∵，，，从而．在中，由，得，从而各侧面三角形的高均为．∴．解法二：．说明：本题考查了三棱锥的有关概念与性质．在三棱锥中，过一条侧棱和高的截面有许多重要性质，而这个截面又把棱锥的许多有线段、高、角都集中到同一个平面内，所以常常通过研究这个辅助平面来解决问题．解法二是求棱锥侧面积的一种简捷解法，用到了面积射影定理．典型例题十例10　三棱锥中，，．将此三棱锥沿三条侧棱剪开，其展开图是一个直角梯形．如图所示．(1)求证：侧棱；(2)求侧面与底面所成的角的余弦值．分析：(1)折叠与展开是互逆过程，将直角梯形折成三棱锥时，，的关系不变，于是在三棱锥中有，故，从而．(2)由(1)可知，∴在平面内作于，连，则即是所求二面角的平面角，且为，∴只需求出两条边即可．而边长可以考虑在侧面展开图中求解．证明：(1)见上述思路分析．解：(2)作，则由三垂线定理知，于是是二面角的平面角，即．再作于，则，且是的中点，设，．在中，．且由，得，解得，．由，得．由，，，知．∴所求二面角的余弦值为．说明：折与展是一对互逆的过程．在处理这类问题时应充分注意折叠或展开前后各元素(主要是直线、线段、角)的相对位置和数量变化，注意哪些发生了变化，哪些不变．一般来说，位于同一半平面内的元素相对位置和数量关系不变．位于两个不同半平面内的元素，位置和数量要发生变化．这类问题常用的添辅助线方法是作棱的垂线．典型例题十二例12　下列命题中，真命题的个数是（　　）．(1)两相邻侧棱所成之角相等的棱锥是正棱锥．(2)两相邻侧面所成之角相等的棱锥是正棱锥．(3)侧棱与底面所成之角相等的棱锥是正棱锥．(4)侧面与底面所成之角相等的棱锥是正棱锥．A．3个　　　B．2个　　　C．1个　　　D．0个分析：有些同学错解的原因在于未能很好地理解正棱锥的定义以及正棱锥的性质，正棱锥的定义不同于正棱锥的性质，正棱锥的性质可以由其定义结合有关知识推导得到．对照定义，构造反例．如图所示，是正三棱锥，两相邻侧棱所成之角相等，两相邻侧面所成之角相等．在、上分别取异于、的点、，连、，则三棱锥均满足命题(1)、(2)的条件，但显然不是正三棱锥，所以命题(1)、(2)为假命题．命题(3)中，侧棱与底面所成之角相等，顶点在底面的射影是底面多边形的外心．外心不一定是中心，因为底面不一定是正多边形，因此命题(3)也是假命题．在命题(4)中，侧面与底面所成之角相等，顶点在底面的射影是底面多边形的内心，而内心不一定是中心，所以命题(4)也是假命题．综上可知应选D．典型例题十三例13 .。