19.如图,α表示地面,第一次观测时气球在A点,第二次观测时气球在B点,A、B两点在地面的投影点分别是A1、B1,依题意:AA1=14×10=140(m),
BB1=14×20=280(m),
∠A1DB1=30°,∠ADA1=45°,∠BDB1=60°.
∴ A1D=AA1=140(m),
B1D=BB1ctg60°=(
/3)×280(m).
∴ 在△A1B1D中,
A1B1=
|
|
又 B1D2=(1/3)×2802,
A1D2+A1B12=1402+(1402/3)=(2802/3)=B1D2,
故∠B1A1D=90°.
综上,风向为正南,风速为(140
/3)/10=(14
/3)(m/分).
20.见2000年高考理科第18题.(略)
18.见1999年高考题,从略.
|
|
|
第19题 |
9.(1)如图甲,连结BD、AC、AD.
|
AB⊥BC |
|
AB⊥平面BCD |
|
|
AB⊥CD |
|
|
|
平面ABD经过AB |
|
|
|
|
平面ABC经过AB |
根据三垂线定理,得CD⊥AC.又CD⊥BC,∴CD⊥平面ABC,∴平面ABC⊥平面ACD.因此有三个直二面角A-BD-C,A-BC-D,D-AC-B.
|
|
|
第9题(甲) |
对于(2),首先应找出对应角,再考虑范围或余弦值. (2)AB⊥平面BCD,∴AD与平面BCD所成的角∠ADB=α,CD⊥平面ABC,AD与平面ABC所成的角∠DAC=β. 由最小角定理(斜线和平面所成的角,是这条斜线和平面内经过斜足的直线所成的一切角中最小的角)知α<∠ADC,所以 0°<α+β<∠ADC+β=90°.? 过B作BE⊥AD,垂足为E,过B作BF⊥AC,垂足为F(参见图乙),可证CD⊥BF,AC⊥BF,?∴BF⊥平面ACD.又BE⊥AD,?根据三垂线定理可得AD⊥EF,
|
|
|
第9题(乙) |
∴∠BEF是二面角B-AD-C的平面角.
?cos∠BEF=(EF/BE)
=(AEtgβ)/[AEtg(90°-α)]=tgαtgβ.
对于第(3)问,得首先建立目标函数,再求最大值.
(3)AD=a,AB=Asinα,BD=Acosα,CD=Asinβ.
V=(1/3)S△BCD·AB=(1/3)·(1/2)BC·CD·AB
=(1/6)
·CD·AB
=(a3/6)·sinβsinα·
.
V2=(a6/36)(cos2α-sin2β)sin2βsin2α
≤(a6/36)·{[(cos2α-sin2β)+sin2β+sin2α]/3}3
=(a6/36)·(1/27)·(18
/a3).
∴Vmax2=(
/54)a3.
此时sin2α=sin2β=cos2α-sin2β,即
2sin2α=cos2α,∴tg2α=(1/2),即tgα=(
/2),此时α=β=arctg(
/2).
10.(1)因截面A1ECF的四边相等,且都为(
/2)a,故截面是菱形.
|
|
|
第10题 |
又∵ ∠B1A1E=∠B1A1F,
∴ A1B1在截面内的射影是∠EA1F的平分线A1C.
故∠B1A1C即为A1B1与截面所成的角.
连结B1C,则A1B1⊥B1C,
∴ tg∠B1A1C=(B1C1/A1B1)=(
a/a)=
,
∴ ∠B1A1C=arctg
.
(2)连结BC1,则BC1∥EF,故BC1的中点O到截面A1ECF的距离即为点B到截面A1ECF的距离.
∵ 面A1B1C⊥面A1ECF,在面A1B1C内过O作OH⊥A1C,垂足为H,则OH⊥平面A1ECF,∴ OH的长为所求点B到截面A1ECF的距离.
∵ Rt△OHC∽Rt△A1B1C,
∴ (OH/A1B1)=(OC/A1C),
即OH=(A1B1·OC/A1C)=(a·(
/2)a/
a)=(
/6)a.
(3)取AG=(1/4)AD,连结GF,
∵ (AG/AF)=(FB/BC)=(1/2),
∴ Rt△GAF∽Rt△FBC.
∴ ∠GFA=∠FCB.从而∠GFA与∠CFB互余.
∴ ∠GFC=90°,即GF⊥FC.
设A1G1=(1/4)A1D1,A1F1=(1/2)A1B1,连结G1F1交A1E于I.
∵ A1E∥FC,G1F1∥GF,
∴ G1F1⊥A1E,连结FI,F1I为FI在底面A1B1C1D1上的射影.故∠FIF1为所求二面角的平面角,记为θ.
G1F1=(
/4)a,F1I=(F1A12/GF1)=(
/5)a,
∴ tgθ=
.
即所求二面角的大小为θ=arctg
.
?§?5 立体几何的综合问题
1.B;2.D;3.B;4.D;?5.(3aV)/(2S1S2);6.576πcm2;7.45°.
8.由于煤质相同,则同样体积的两种蜂窝煤有同样的热量.
设大蜂窝煤的半径为R,高为H;小蜂窝煤的半径为r,高为h.则R=2r,H=(4/3)h.
一块大蜂窝煤的体积为πR2H,用V大表示;一块小蜂窝煤的体积为πr2h,用V小表示.所以
V大=πR2H=π(2r)2·(4/3)h
=(16/3)·πr2h=(16/3)V小,
即V大∶V小=16∶3.
由上述数据,我们可以作出多种设计,如图所示,就是较为简单的两种炉膛设计.
|
|
|
第8题 |
这两种炉膛内所放蜂窝煤的体积相同,能释放出同样的热量.
但是,两种炉膛内的燃烧表面积不相同,燃烧表面积大的释放热量快,火焰猛.
若不考虑蜂窝煤中间的小孔,其燃烧的表面积应该是两端底面积(煤球之间重叠不计),加上各个侧面之和,所以
S大=2πR2+3×2πRH=2π(2r)2+3×2π×2r×(4/3)h=8πr2+16πrh,
S小=2·4πr2+4·4·2πrh=8πr2+32πrh,
S小-S大=16πrh>0.
因此,小蜂窝煤在同样的体积下,燃烧的表面积大,释放热量快,即火旺些,用煤多;而用大蜂窝煤的炉灶火小些,节省煤.
9.(略).
10.(1)∵A1A⊥底面ABC,∴A1A⊥BC.
又BC⊥AC,∴BC⊥平面ACA1.
又BC
平面BCB1.∴平面ACA1⊥平面BCB1.
(2)易知∠BAC为二面角B-AA1-C的平面角.设∠BAC=θ,圆柱的底面半径为R,则
VA1-ABC=(1/3)S△ABC·A1A
=(1/3)·(1/2)AB·ACsinθ·A1A
=(1/3)·(1/2)·2R·2Rcosθsinθ·A1A
=(1/3)R2sin2θ·A1A,
V圆柱=πR2·A1A.
由题设得[(1/3)R2sin2θ·A1A]/[πR2·A1A]=(1/2
π).
∴sin2θ=(
/2),故θ=30°或60°.
(3)作AD⊥A1C,垂足为D;再作DE⊥A1B,垂足为E.连结AE,易证∠AED就是二面角A-A1B-C的平面角,即∠AED=α.
∵sinα=(AD/AE),cosβ=(AC/AB),cosγ=(A1C)/(A1B),
∴?cosβ=sinαcosγ(AC/AB)=(AD/AE)·(A1C/A1B). ①
在Rt△A1AC和Rt△A1AB中,由面积关系,得
AD=(AC·A1A)/A1C,AE=(AB·A1A)/A1B.
∴(AD/AE)=(AC/A1C)·(A1B/AB)=(A1B/A1C)·(AC/AB).
∴①(AC/AB)=(A1B/A1C)·(AC/AB)·(A1C/A1B). ②
②式显然成立,从而①式成立,故
cosβ=sinαcosγ成立.
专题能力测试
一、1.C;2.A;3.B;4.A;5.C;6.B;7.D;8.C;9.A;10.D;11.D;12.C.
二、13.2π?;14.2;15.6;16.10
-20.
三、17.∵E是半圆周
上一点,
∴CE⊥DE.
|
又平面DEC⊥平面ABCD |
|
|
AD⊥DC |
8.据《扬子晚报》报道:随着人们生活水平的提高,夜生活日趋丰富多彩,晚间的大排档(小吃)生意兴隆,这些个体户一般用两种炉灶,一个炉灶要求火旺,用于应急和炒菜,另一个炉灶火要小一点,用于慢炖、温热. 煤厂生产的蜂窝煤有两种,大蜂窝煤的直径是小蜂窝煤直径的2倍,3块大蜂窝煤垒起的高度相当于4块小蜂窝煤垒起的高度(假设不同大小的蜂窝煤,是用同样质量的煤做的). 同样质量的两种蜂窝煤,在两个炉灶中燃烧,哪一个火旺些?哪一个更节省煤? 9.在三棱锥V-ABC中,侧棱VA⊥底面ABC,∠ABC=90°. (1)求证:V、A、B、C四点在同一球面上; (2)过上述球面的球心作一平面垂直于AB,证明此平面截三棱锥所得的截面为矩形. 10.如图7-42,圆柱的轴截面为AA1B1B,C为底面圆周上一点. (1)求证:平面ACA1⊥平面BCB1;
|
|
|
图7-42 |
(2)若三棱锥A1-ABC与圆柱的体积之比为1:2
π,求二面角BAA1C的大小;
(3)设二面角A-A1B-C为α,∠CAB=β,∠CA1B=γ.求证:cosβ=sinα·cosγ.
9.如图7-27,圆柱的轴截面是正方形ABCD,底面直径为2r,点E在底面圆周上,且AF⊥DE,垂足为F.若圆柱与三棱锥D-ABE的体积之比为3π,
|
|
|
图7-27 |
(1)求证:AF⊥BD;
(2)求二面角A-BD-E的平面角的余弦值.
10.已知三棱锥P-ABC中,PA⊥平面ABC,BA=BC,∠ABC=90°.设二面角P-BC-A为α,二面角B-PC-A为β.求证:sinα=
cosβ.
6.O是正△ABC的中心,PO⊥平面ABC.若PO=AB=a,则PA与平面ABC所成的角为_______;P到直线BC的距离为_______. 7.如图7-25,S是四边形ABCD所在平面外一点,为了推出AB⊥BC,还需要从下述条件中选出一些条件来.
|
|
|
图7-25 |
①SB⊥平面ABCD;
②SC⊥CD;
③CD∥AB;
④CD∥平面SAB;
⑤BC⊥CD;
⑥CD⊥平面SBC;
⑦AB⊥平面SBC;
⑧SB⊥CD.
比如,选⑦为条件,有⑦
AB⊥BC;又如选③,⑤为条件,有
|
③ |
|
|
⑤ |
推理的格式为:_________.(写出两个正确的推理过程)
8.如图7-26,在梯形ABCD中,AD∥BC,∠ABC=(π/2),AB=a,AD=3a,并且∠ADC=arcsin(
/5),又PA⊥平面ABCD,PA=a,求二面角P-CD-A的正切值.
|
|
|
图7-26 |