新高考多选题中的立体几何中选题解析

今天选取了五道立体几何中的多选题,题目不多,贵在每个题目都有不同的考点倾向,立体几何多项选择常见于新高考多选题中的最后一个,说实话这种题目麻烦确实是真麻烦,立体几何本就抽象,这种题目又喜欢把动点,平行垂直,三类空间角,面积或体积的最值,截面,投影等等塞进去,技巧性远大于程式化的立体几何常规大题。

先从立体几何中的动点说起,之前给出过一起立体几何中的动点轨迹问题,链接为立体几何中的动点轨迹问题,在此类问题中动点引申成不确定直线或不确定平面,而这种不确定性却又能保证平行或垂直或者角度,面积,体积为定值,因此题目中若出现动点,且出现包含动点所满足的特定条件,不仅要先试着将动点的轨迹确定出来,还要分析动点不影响定值的原因,做题时眼光不可过于局限于单独的点线面,要熟练掌握三者的转化关系,更多知识点从下面的题目中引申,题目如下:

这个题目相对简单,只看D选项,二面角A-EC-D即为二面角A-B1C-B,由于是很规整的直三棱柱,若不用建系来解,可用之前提到的三余弦定理的推广形式来求二面角的余弦值,不熟悉的同学可参考链接:答疑:三余弦定理在三类空间角中的应用

选项A中,P为平面PB1D中的动点,只需证明平面PB1D中确定的一条直线与平面ACD1垂直即可,三棱锥D-ACD1是墙角模型,B1D为体对角线,很明显B1D与平面ACD1垂直。

C选项描述有误,A1P和A1D并不是异面直线,由于P是线段BC1上的动点,可用边和角之间的关系来确定夹角最值的情况,最小值的情况很容易确定,当夹角最大时DP最大,放在直角三角形DCP中看,CD为定值,CP最大时,DP也最大,即可确定出DP最大时P点的位置。

对于D,转化顶点即可,若以C为顶点,P点的位置不影响C点到平面APD1的距离,也不影响△APD1的面积。

这是一个非常有意思的题目,存在点E和某一翻折位置,即有两个变量共同影响平行垂直和角度,即DE的长度和二面角S-AE-B的角度,插一个题外话,若y=f(a,b),若保证函数值不变,即便是a变动了,很多时候也存在对应的b使得函数整体保持不变,这也是处理C,D选项的思路,A,B很容易证明,过程如下:

对于C,比题目更有价值的是翻折类问题投影的轨迹,以本题为例,沿着AE翻折,翻折后点S(D)在底面上的投影落在原本与AE垂直的线段DF上,知道这个才能确定出所需线面角的平面角,即上图右中的∠SBO,两个变量可预先确定一个,在本题中可设出DE的长度,看是否存在一个S-AE-B的平面角,使得∠SBO为45°,其实没必要证明,就像刚才说的,一个函数中有两个变量,其中一个变动,另外一个相对变动也有可能保持函数整体值不变;对于D选项,依旧如此,依旧是DE的值和二面角S-AE-B来确定出所求二面角为60°,很显然当∠SGO恰为60°且AO为∠BAE的角平分线时,三角形SGO和三角形SMO全等,调整DE的长度变化是能确定出AO为∠BAE的角平分线的,所以D选项解析虽不完善,但也能理解。

第四题好多搜题软件上的解答是错误的,本题目就是求二面角正切值的取值范围,原图不是很好看,将柱体平放,几何法即可确定出二面角的平面角,如下:

平面角为∠FGH,其中FH为定值,GH为变量,那么能否根据垂直关系确定出G点的轨迹?如右图所示,当然轨迹不是一个圆而是圆的一部分,由图可知,G点可与E点重合,此时GH最大为圆的直径,很多答案中将GH的最大值当成2,显然并未取得最值,至于GH的最小值,在直角三角形EHG中,EH为定值,EG最大时,GH最小,显然EM切割更多弧长时EG最长,即当M点位于C1位置时EG最大,此时GH最小,这样即可将二面角的正切值范围求出来了。

对于A,动点M满足垂直关系,可转化为线面垂直再确定出M点的轨迹,这里用到了三余弦定理判定异面直线夹角的方法,链接为思维训练10.投影法求异面直线之间的夹角,先看CP和B1D1,两条直线在上底面的投影互相垂直,且B1D1在上底面上,CP和B1D1显然垂直,再看CP和B1G,两直线在平面A1B中的投影也垂直且B1G在平面A1B上,则两直线垂直,三余弦定理和三垂线定理是解决立体几何中的常用工具。

对于C,很容易知道过A点且与平面A1BD平行的平面满足要求,但还有其他平面也可行,三棱锥A-A1BD为墙角模型,过A点且过A点在平面A1BD投影的点O,且与平面A1BD垂直的平面也符合投影长度相等,此时投影均为三棱锥的高,两两组合共三个平面,因此总共有四个平面符合要求。

对于D,这个要看个人的空间想象能力了,想象不到的可拿一个模仿,将一个角怼在桌面上且满足桌面与墙角模型的底面平行,这时的正投影为一个正六边形,我特意做了一个3D动图,如下:

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总结:立体几何的多选题综合考查垂直平行,距离角度,面积体积等问题,综合性较强,由于难题难度确定太大,在新高考中即便出现立体几何的压轴多选,每个选项的难度也不会太离谱,否则就太耗时了。

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