高三数学第二轮专题复习系列(8)- 空间向量、立体几何一、大纲解读立体几何的主要内容是空间几何体，点线面之间的位置关系，空间向量与立体几何其考查内容主要是空间两直线的位置关系、直线与平面的位置关系、两平面的位置关系；异面直线所成的角、二面角、线面角；几何体的外表积和体积、空间几何体的三视图和直观图等.其中线面平行与垂直判定定理与性质定理、面面平行与垂直判定定理与性质定理是考查的重点.对于理科生来说，空间向量作为一种新的快捷有效的工具已被广泛应用于解决立体几何综合问题，是高考的焦点所在. w.w.w. 二、高考预测一般来说立体几何有两个左右的选择题或填空题和一道解答题，约20-25分，占整章试卷的15. 选择题或填空题考查的是空间几何体和点线面位置关系的根本问题，与三视图相结合考查是一种典型题型；解答题近年已成为一个较为固定的模式，以多面体少数为旋转题为载体，考查点线面的位置关系的判断推理，求空间角和距离，求有关最值和体积一般分步设问，难度逐渐增大，但都可以用根本方法解决，理科生要会用空间向量来解决这类问题.三重点剖析立体几何的重点内容是柱锥台球的外表积和体积，空间几何体的三视图和直观图，平面的根本性质，空间线面位置关系，空间向量的根本问题，空间向量与立体几何，特别是用空间向量解决立体几何中的线面平行与垂直的证明，求解异面直线所成的角、二面角、线面角，以及简单的距离计算重点一：空间几何体的三视图、体积与外表积【例1】 一个空间几何体的主视图、左视图、俯视图为直角三角形，边长如下图，那么这个几何体的体积为 A. B. C. D.【分析】根据三个试图可以知道这个几何体是一个一条侧棱和底面垂直，底面是直角三角形的三棱锥。【解析】该几何体是底面两直角边长分别是的直角三角形，高为的三棱锥，故其体积为。【点评】主试图和侧视图的高就是实际几何体的高。【例2】一个几何体是由上下两局部构成的组合体，其三视图如下，假设图中圆的半径为，等腰三角形的腰长为，那么该几何体的体积是 A. B. C. D.【分析】这个空间几何体是一个圆锥和一个半球组成的组合体，把其中的数量关系找出来按照圆锥和球的体积计算公式计算就行【解析】A 这个几何体是一个底面半径为，高为的圆锥和一个半径为的半球组成的组合体，故其体积为【点评】空间几何体的三视图是课标高考的一个考点，主要考查方式之一就是根据三视图复原到原来的空间几何体，并进行有关的计算重点二：空间点、线、面位置关系的判断【例3 】、是不重合的直线，和是不重合的平面，有以下命题：1假设，那么；2假设，那么；3假设，那么且；4假设，那么其中真命题的个数是 012 3【 分析】1是假命题，如果一条直线平行于一个平面，该直线不与平面内所有直线平行，只与局部直线平行；2是假命题，平行于同一直线的两平面的位置关系不确定；3是假命题，因为可能为和内的直线，那么且不一定成立；4是真命题，垂直于同一直线的两平面平行。【解析】选。【点评】此题考查的是有关线面关系命题的真假，所以通过利用定理来解决上述有关问题。【例4】 在以下关于直线、与平面和的命题中，真命题的是 假设且，那么；假设且，那么；假设且，那么；假设且，那么【分析】高考中通常以选择或填空的形式来考查垂直关系的判定。显然是错误的；中可在平角内，故错误；中可在平角内，故错误；【解析】选。【点评】该题主要考查的是想象能力和位置关系。【例5】正方体中，对角线平面=，和交于点，求证：点、共线。【分析】要证明假设干点共线问题，只需要证明这些点同在两个相交平面内即可。【证明】如下图，由，那么确定平面。平面，平面。又平面=，平面。在平面与平面的交线上。又，平面平面=，即、三点共线。【点评】该题的考向是点共线的问题，一般转化为证明这些点是某两个平面的公共点，这样就可以根据公理2证明这些点都是在这两个平面的交线上。重点三：空间线面位置关系的证明和角的计算【例6】 是边长为正方体，计算以下问题：1与所成角的大小；2假设、为对应棱的中点，求，所成的角。【分析】该题可以采用平移法，即将，平移到和即可。【解析】1连，那么，所以，那么，即与所成角为；2连，那么，即为和所成的角，因为为正三角形，=，即和所成的角为。 图2【点评】掌握此类基此题的解法，也是反映同学们的立体几何根底。【例7】如图，四棱锥中，底面， 底面为梯形，点在棱上，且1求证：平面平面；2求证：平面；3理求平面和平面所成锐二面角的余弦值【分析】1根据两个平面垂直的判定定理，寻找一个面对一条直线垂直于另一个平面；2根据线面平行的判定定理，寻找线线平行；3可以利用传统的方法作出二面角的平面角解决，也可以利用空间向量的方法解决。【解析】1底面，又，平面 又平面，平面平面 2底面， ,又，平面，在梯形中，由，得，又，故为等腰直角三角形 连接，交于点，那么 在中，又平面，平面，平面 3方法一：在等腰直角中，取中点，连结，那么平面平面，且平面平面=，平面在平面内，过作直线于，连结，由、，得平面，故就是二面角的平面角 在中，设，那么，由，可知：，代入解得：在中，平面和平面所成锐二面角的余弦值为 方法二：以为原点，所在直线分别为轴、轴，如图建立空间直角坐标系设，那么， 设为平面的一个法向量，那么，解得， 设为平面的一个法向量，那么，又，解得， 平面和平面所成锐二面角的余弦值为 【点评】求二面角的平面角的方法通常有：一是根据线面垂直关系作出二面角的平面角，通过解三角形解决；二是用空间向量的方法来求解，方法是：求出两个平面的法向量和，然后利用数量积公式计算出锐二面角，其公式为=，当然考虑到二面角的取值范围是，所以，二面角的平面角与这两个平面的法向量的夹角相等或互补。四 扫雷先锋错误之一：概念理解错误【例8】空间四边形ABCD中，ABCD且成的角，点 M、N分别为BC 、AD的中点，求异面直线AB和MN成的角【错解】如下图，取AC的中点P，连PM，PN，MN。 M、N分别为BC 、AD的中点，MPAB，且MP= AB ；NPCD，且NP=CD。又AB=CD， 且AB，CD所成的角为， MP=NP且直线MP于NP成角， MPN=，即使等边三角形， PMN=，即直线AB和MN成的角为 ABCMNDP【剖析】上面的解法遗漏了当直线PM与PN成角，而MPN=的情形，此时直线AB和MN所成角为为防止遗漏或错误，在解题过程中应正确理解定义【点评】题目中的错误，是同学们最易无视的，有时看到一例题目，似乎会做，但是，不经过缜密的思考，就会出现“千里之堤，溃于蚁穴的慨叹错误之二：无视分类讨论错误【例9】点是线段AB的中点，假设A、B到平面的距离分别为4和6，那么点M到平面的距离为【错解】如图1，分别过点A、B、M作平面的垂线，MH，垂足分别为AB图AB图那么线段，MH的长分别为点，A、B、M到平面的距离，由题设知，=4，=6， 因此，MH=【剖析】不少同学在解此类问题时，总认为A、B在的同侧，只注意检验计算是否正确，并没有发现异侧的情况，缺乏分类讨论的意识事实上，如图2 ，假设A、B在异侧，那么MH=1【点评】分类讨论是数学中一种重要的思想方法，它在立体几何中应用非常广泛但不少同学不能正确的利用这种思想方法，经常片面地考虑问题，使问题出现漏解五 规律总结“长对正、高平齐、宽相等的规律。2.在计算空间几何体体积时注意割补法的应用。3.注意多面体中的特征图和旋转体的轴截面在解题的应用。4.空间平行与垂直关系的关系的证明要注意转化：线线平行线面平行面面平行，线线垂直线面垂直面面垂直。5求异面直线所成的角的方法文科求异面直线所成的角的最关键是要找出一个点，把其作为角的顶点，然后把两条直线“平行平移过来，这个角就完成了。这个点有时很好找，中点、交点、对称点等。假设用平移转化烦琐或无法平移时，可考虑是否异面垂直，即可通过证明垂直的位置关系得到90的数量关系。理科利用空间向量法：=其中为异面直线所成角，分别表示异面直线的方向向量。6直线与平面所成的角文科在斜线上找到任意一点，过该点向平面作垂线，找到斜线在该平面上的射影，那么斜线和射影所成的角便是直线与平面所成的角。理科直线与平面所成角(为平面的法向量).7理科二面角方法一：常见的方法有三垂线定理法和垂面法；方法二：向量法：二面角的平面角或，为平面， 的法向量。8理科空间距离1点与点的距离、点到直线的距离，一般用三垂线定理“定性；2给出公垂线的两条异面直线的距离，先进行论证先定性，后计算后定量；3线面距、面面距都转化为点面距；4求点面距： 为平面的法向量，是经过面的一条斜线，。 六 能力突破 例1如图在直三棱柱ADE-BCF中,面ABFE和面ABCD都为正方形,且互相垂直, M为AB的中点, O为DF中点. 1求证：OM平面BCF ; 2求证：平面MDF平面EFCD ; 3理科求二面角F-DM-C的正切值。 ABCGFODEM【分析】问题1是证明线面平行，那么可以利用线面平行的判定定理；问题2是证明面面垂直，方法比拟多，当然最好的方法是用线面垂直的判定定理来证明。 【解析】1取FC的中点G , 连结OG、BG。O为DF的中点, OG/DC且OG=DC . 在正方形ABCD中, M为AB中. MB/DC且MB=DC. OG/MB且OG=MB， 四边形OMBG为平行四边形. OM/BG , 又BG平面BFC , OM平面BFC， OM/平面BCF.ABCGFODEM2在直三棱柱ADE-BCF中, DC平面BCF, DCBG , 在等腰FBC中, BF=BC, G为FC的中点, BGFC , BG平面EFCD. 又OM/BG , OM平面EFCD. 又OM平面MDF, 平面MDF平面EFCD.3过B作BHDM交DM的延长线于H , 连结FH . 平面EFBA平面ABCD, FBAB. FB平面ABCD .BH为FN在平面ABCD上的射影. FHDH (三垂线定理).FHB为二面角F-DM-C的平面角, 设AB=1 ,那么BH=BMsinAMD=，tanFHB=. 二