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1、第四講 思想方法與規(guī)范解答(五)
思想方法
1.轉(zhuǎn)化與化歸思想
利用轉(zhuǎn)化與化歸思想求空間幾何體的體積主要包括割補(bǔ)法和等體積法,主要適用于以下類(lèi)型:
(1)不規(guī)則幾何體的體積的求解;
(2)較復(fù)雜幾何體的體積的求解.
[例1] (2020年高考遼寧卷)已知某幾何體的三視圖如圖所示,則該幾何體的體積為( )
A. B.3π C. D.6π
[解析] 將三視圖還原為實(shí)物圖求體積.
由三視圖可知,此幾何體(如圖所示)是底面半徑為1,高為4的圓柱被從母線的中點(diǎn)處截去了圓柱的,所以V=×π×12×4=3π.
[答案] B
跟蹤訓(xùn)練
2、
(2020年高考遼寧卷)如圖,直三棱柱ABC-A′B′C′,∠BAC=90°,AB=AC=,AA′=1,點(diǎn)M,N分別為A′B和B′C′的中點(diǎn).
(1)證明:MN∥平面A′ACC′;
(2)求三棱錐A′-MNC的體積.
(錐體體積公式V=Sh,其中S為底面面積,h為高)
解析:(1)證明:證法一 連接AB′,AC′,如圖,由已知∠BAC=90°,AB=AC,三棱柱ABC-A′B′C′為直三棱柱,
所以M為AB′的中點(diǎn).
又因?yàn)镹為B′C′的中點(diǎn),
所以MN∥AC′.
又MN平面A′ACC′,AC′平面A′ACC′,
所以MN∥平面A′ACC′.
證法二 取A′B′的
3、中點(diǎn)P,連接MP,NP,AB′,如圖,
因?yàn)镸,N分別為AB′與B′C′的中點(diǎn),
所以MP∥AA′,PN∥A′C′,
所以MP∥平面A′ACC′,PN∥平面A′ACC′.
又MP∩NP=P,
所以平面MPN∥平面A′ACC′.而MN平面MPN,
所以MN∥平面A′ACC′.
(2)解法一 連接BN,如圖所示,
由題意知A′N(xiāo)⊥B′C′,平面A′B′C′∩平面B′BCC′=B′C′,
所以A′N(xiāo)⊥平面NBC.
又A′N(xiāo)=B′C′=1,
故VA′-MNC=VN-A′MC=VN-A′BC=VA′-NBC=.
解法二 VA′-MNC=VA′-NBC-VM-NBC=VA′-NBC
4、=.
2.函數(shù)與方程思想
(1)在空間幾何體的表面積和體積計(jì)算中,常根據(jù)條件分析列出方程,利用方程確定未知量.
(2)在用空間向量的運(yùn)算解決空間線線、線面、面面的平行、垂直問(wèn)題或求空間角時(shí)運(yùn)用的主要思想就是通過(guò)列方程(組)求出未知量,得到直線的方向向量和平面的法向量,然后進(jìn)行計(jì)算.
(3)涉及空間幾何體中的最值問(wèn)題常用到函數(shù)思想.
[例2] (2020年深圳模擬)如圖,直角梯形ABCD中,AB∥CD,AD⊥AB,CD=2AB=4,AD=,E為CD的中點(diǎn),將△BCE沿BE折起,使得CO⊥DE,其中垂足O在線段DE上.
(1)求證:CO⊥平面ABED;
(2)問(wèn)∠CEO(記為θ)
5、多大時(shí),三棱錐CAOE的體積最大,最大值為多少.
[解析] (1)在直角梯形ABCD中,
CD=2AB,E為CD的中點(diǎn),則AB=DE,
又AB∥DE,AD⊥AB,可知BE⊥CD.
在四棱錐C-ABEO中,BE⊥DE,BE⊥CE,CE∩DE=E,
CE,DE平面CDE,則BE⊥平面CDE.
因?yàn)镃O平面CDE,所以BE⊥CO.
又CO⊥DE,且BE,DE是平面ABED內(nèi)的兩條相交直線.
故CO⊥平面ABED.
(2)由(1)知CO⊥平面ABED,
所以三棱錐C-AOE的體積V=S△AOE×OC=××OE×AD×OC.
在直角梯形ABCD中,CD=2AB=4,AD=,
C
6、E=2,得OE=CEcos θ=2cos θ,OC=CEsin θ=2sin θ,
V= sin 2θ≤,
當(dāng)且僅當(dāng)sin 2θ=1,θ∈(0,),即θ=時(shí)取等號(hào)(此時(shí)OE=
7、三棱柱繞直線OO′旋轉(zhuǎn)”包括逆時(shí)針?lè)较蚝晚槙r(shí)針?lè)较?,逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí),OA旋轉(zhuǎn)所成的角為正角,順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí),OA旋轉(zhuǎn)所成的角為負(fù)角.)
解析:由題意可知,當(dāng)三棱柱的一個(gè)側(cè)面在水平面內(nèi)時(shí),該三棱柱的俯視圖的面積最大,此時(shí)俯視圖為一個(gè)矩形,其寬為×tan 30°×2=2,長(zhǎng)為4,故S(x)的最大值為8.當(dāng)三棱柱繞OO′旋轉(zhuǎn)時(shí),當(dāng)A點(diǎn)旋轉(zhuǎn)到B點(diǎn),B點(diǎn)旋轉(zhuǎn)到C點(diǎn),C點(diǎn)旋轉(zhuǎn)到A點(diǎn)時(shí),所得三角形與原三角形重合,故S(x)的最小正周期為.
答案:8
考情展望
高考對(duì)本專(zhuān)題的考查,各種題型都有,在選擇、填空中多考查空間幾何體的三視圖與面積、體積問(wèn)題,在解答題中考查空間平行與垂直的證明與空
8、間角的求法,也常考查探索存在性問(wèn)題、折疊問(wèn)題等,難度中檔.
名師押題
【押題】 已知正方形ABCD的邊長(zhǎng)為2,AC∩BD=O.將正方形ABCD沿對(duì)角線BD折起,使AC=a,得到三棱錐ABCD,如圖所示.
(1)當(dāng)a=2時(shí),求證:AO⊥平面BCD;
(2)當(dāng)二面角ABDC的大小為120°時(shí),求二面角ABCD的正切值.
【解析】 (1)根據(jù)題意 ,在△AOC中,AC=a=2,AO=CO=,
所以AC2=AO2+CO2,所以AO⊥CO.
因?yàn)锳C、BD是正方形ABCD的對(duì)角線,
所以AO⊥BD.
因?yàn)锽D∩CO=O,CO平面BCD,BD平面BCD,
所以AO⊥平
9、面BCD.
(2)由(1)知,CO⊥OD,以O(shè)為原點(diǎn),OC,OD所在直線分別為x軸,y軸建立如圖所示的空間直角坐標(biāo)系O-xyz,
則O(0,0,0),D(0,,0),C(,0,0),B(0,-,0).
設(shè)A(x0,0,z0)(x0<0),則=(x0,0,z0),=(0,,0).
又設(shè)平面ABD的法向量為n=(x1,y1,z1),
則,即.
所以y1=0,令x1=z0,則z1=-x0.
所以n=(z0,0,-x0).
因?yàn)槠矫鍮CD的一個(gè)法向量為m=(0,0,1),且二面角A-BD-C的大小為120°,
所以|cos 〈m,n〉|=|cos 120°|=,得z=3x.
設(shè)平面ABC的法向量為l=(x2,y2,z2),因?yàn)椋?-,,),=(,,0),
則,即
令x2=1,則y2=-1,z2=.
所以l=(1,-1,).
設(shè)二面角A-BC-D的平面角為θ,
所以cos θ=|cos〈l,m〉|=||=.
所以tan θ=.