3.在解正棱锥问题时,要注意利用四个直角三角形,其中分别含有九个元素(侧棱、高、侧棱与斜高在底面上的射影、侧棱与侧面与底面所成角、边心距以及底面边的一半)中的三个,已知两个可求另一个.
第11课时 球
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4.正棱锥的性质:
① 正棱锥各侧棱 ,各侧面都是 的等腰三角形,各等腰三角形底边上的高 (它叫做正棱锥的 );
② 正棱锥的高、斜高和斜高在底面内的射影组成一个
三角形,正棱锥的高、侧棱、侧棱在底面内的射影组成一个 三角形.
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例1.已知正四棱柱ABCD-A1B1C1D1,AB=1,AA1=2,
点E为CC1的中点,点F为BD1的中点.
⑴ 证明:EF为BD1与CC1的公垂线;
⑵ 求点F到面BDE的距离.
答案(1)略;
(2) ![]()
变式训练1:三棱柱ABC-A1B1C1中,AB=
a,
BC、AC、AA1长均为a,A1在底面ABC上的射影O在AC上.
⑴ 求AB与侧面AC1所成的角;
⑵ 若O点恰是AC的中点,求此三棱柱的侧面积.
答案(1) 45°;(2) ![]()
例2. 如图,正三棱锥P-ABC中,侧棱PA与底面ABC成60°角.
(1)求侧PAB与底面ABC成角大小;
(2)若E为PC中点,求AE与BC所成的角;
(3)设AB=
,求P到面ABC的距离.
解:(1)
;
(2)取PB中点F,连结EF,则∠AEF为所求的角,求得∠AEF=
;
(3)P到平面ABC的距离为
.
变式训练2: 四面体ABCD中,O、E分别是BD、BC的中点,
CA=CB=CD=BD=2,AB=AD=
.
(1)求证:AO⊥平面BCD;
(2)求异面直线AB与CD所成的角;
(3)求点E到平面ACD的距离.
答案:(1)易证AO⊥BD,AO⊥OC,∴AO⊥平面BCD;
(2)
;(3)用等体积法或向量法可求得点E到平面ACD的距离是
.
例3. 四棱锥P-ABCD的底面ABCD是直角梯形,AB∥CD,AB=2,CD=1,∠DAB=45°;侧面PAD是等腰直角三角形,AP=PD,且平面PAD⊥平面ABCD.
⑴ 求证:PA⊥BD;
⑵ 求PB与底面ABCD所成角的正切值;
⑶ 求直线PD与BC所成的角.
答案:(1)略;(2)
;(3)60°
变式训练3:在所有棱长均为a的正三棱柱ABC-A1B1C1中,D为BC的中点.
⑴ 求证:AD⊥BC1;
⑵ 求二面角A-BC1-D的大小;
⑶ 求点C到平面ABC1的距离.
提示:(1)证AD⊥平面BB1C1C;(2) arc tan
;(3)
a.
例4.如图,在直三棱柱ABC-A1B1C1中,∠ACB=90°,AC=BC=CC1=1,M为AB的中点,A1D=3DB1.
(1)求证:平面CMD⊥平面ABB1A1;
(2)求点A1到平面CMD的距离;
(3)求MD与B1C1所成角的大小.
提示(1)转证CM⊥平面A1B;
(2)过A1作A1E⊥DM,易知A1E⊥平面CMD,∴求得A1E=1;
(3)异面直线MD与B1C1所成的角为![]()
变式训练4:在长方体ABCD-A1B1C1D1中,AA1=AD=1,AB=
,O为对角线A1C的中点.
⑴ 求OD与底面ABCD所成的角的大小;
⑵ P为AB上一动点,当P在何处时,平面POD⊥平面A1CD?并证明你的结论.
答案(1) 30°;(2) 当P为AB的中点时,平面POD⊥平面A1CD.
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柱体和锥体是高考立体几何命题的重要载体,因此,在学习时要注意以下三点.