正确率40.0%已知四面体$${{A}{B}{C}{D}}$$的四个顶点均在球$${{O}}$$的表面上,$${{A}{B}}$$为球$${{O}}$$的直径,$$A B=4, \, \, \, A D=B C=2$$,当四面体$${{A}{B}{C}{D}}$$的体积最大时,异面直线$${{A}{D}}$$与$${{B}{C}}$$所成角的余弦值为()
D
A.$$\frac{3} {4}$$
B.$$\frac{1} {2}$$
C.$$\frac{1} {3}$$
D.$$\frac{1} {4}$$
2、['异面直线所成的角', '直线与平面垂直的判定定理']正确率40.0%已知正方体$$A B C D-A_{1} B_{1} C_{1} D_{1},$$则下列说法不正确的是()
D
A.直线$${{A}_{1}{B}}$$与$${{B}_{1}{C}}$$所成的角为$${{6}{0}^{∘}}$$
B.$$A_{1} B \perp D B_{1}$$
C.$${{D}{{B}_{1}}{⊥}}$$平面$${{A}{C}{{D}_{1}}}$$
D.$$B_{1} C \perp B_{1} D$$
4、['异面直线垂直', '异面直线所成的角', '直线与平面垂直的性质定理']正确率60.0%在正三棱柱$$A B C-A_{1} B_{1} C_{1}$$中,$$A B=\sqrt{2} B B_{1}$$,则$${{A}{{B}_{1}}}$$与$${{B}{{C}_{1}}}$$所成角的大小为$${{(}{)}}$$
D
A.$$\begin{array} {l l} {\frac{\pi} {6}} \\ \end{array}$$
B.$$\frac{\pi} {3}$$
C.$$\frac{5 \pi} {1 2}$$
D.$$\frac{\pi} {2}$$
5、['异面直线所成的角']正确率60.0%在空间四边形$${{A}{B}{C}{D}}$$中,已知点$${{E}{,}{F}}$$分别是$$A B, C D$$的中点,且$$E F=5, \, A D=6, \, B C=8$$,则$${{A}{D}}$$与$${{B}{C}}$$所成的角的大小是$${{(}{)}}$$
D
A.$${{3}{0}^{∘}}$$
B.$${{6}{0}^{∘}}$$
C.$${{4}{5}^{∘}}$$
D.$${{9}{0}^{∘}}$$
6、['异面直线垂直', '异面直线所成的角']正确率40.0%正方体$$A B C D \!-\! A_{1} B_{1} C_{1} D_{1}$$中,$${{M}}$$为$${{D}{{D}_{1}}}$$中点,直线$${{A}{M}}$$与$${{D}_{1}{B}}$$成角余弦值为()
C
A.$$\frac{3 \sqrt{1 0}} {1 0}$$
B.$$- \frac{3 \sqrt{1 0}} {1 0}$$
C.$$\frac{\sqrt{1 5}} {5}$$
D.$$- ~ \frac{\sqrt{1 5}} {5}$$
9、['异面直线所成的角', '直线与平面垂直的判定定理', '直线与平面垂直的性质定理']正确率60.0%在棱长为$${{1}}$$的正方体$$A B C D-A_{1} B_{1} C_{1} D_{1}$$中,异面直线$${{A}{C}}$$与$${{B}{{D}_{1}}}$$所成的角为()
C
A.$$\frac{\pi} {4}$$
B.$$\frac{\pi} {3}$$
C.$$\frac{\pi} {2}$$
D.$$\begin{array} {l l} {\frac{\pi} {6}} \\ \end{array}$$
1. 解析:
由于 $$AB$$ 是球 $$O$$ 的直径,四面体 $$ABCD$$ 的体积最大时,点 $$C$$ 和 $$D$$ 应在垂直于 $$AB$$ 的平面内且到 $$AB$$ 的距离最大。设球心为 $$O$$,则 $$OA = OB = 2$$。设 $$C$$ 和 $$D$$ 在平面 $$\pi$$ 上,且 $$\pi$$ 与 $$AB$$ 垂直,距离 $$AB$$ 为 $$h$$。根据勾股定理,$$h = \sqrt{2^2 - 1^2} = \sqrt{3}$$(因为 $$AD = BC = 2$$)。
建立坐标系,设 $$A = (-2, 0, 0)$$,$$B = (2, 0, 0)$$,$$C = (1, \sqrt{3}, 0)$$,$$D = (-1, \sqrt{3}, 0)$$。此时,向量 $$\overrightarrow{AD} = (1, \sqrt{3}, 0)$$,$$\overrightarrow{BC} = (-1, \sqrt{3}, 0)$$。它们的夹角余弦为:
$$\cos \theta = \frac{\overrightarrow{AD} \cdot \overrightarrow{BC}}{|\overrightarrow{AD}| \cdot |\overrightarrow{BC}|} = \frac{-1 + 3}{2 \times 2} = \frac{2}{4} = \frac{1}{2}$$
因此,答案为 $$\boxed{B}$$。
2. 解析:
对于正方体 $$ABCD-A_1B_1C_1D_1$$:
A. 直线 $$A_1B$$ 与 $$B_1C$$ 所成的角为 $$60^\circ$$(正确,因为它们是空间对角线,夹角为 $$60^\circ$$)。
B. $$A_1B \perp DB_1$$(正确,因为 $$DB_1$$ 是体对角线,与 $$A_1B$$ 垂直)。
C. $$DB_1 \perp$$ 平面 $$ACD_1$$(正确,因为 $$DB_1$$ 垂直于平面 $$ACD_1$$ 内的两条相交直线)。
D. $$B_1C \perp B_1D$$(不正确,因为 $$B_1C$$ 与 $$B_1D$$ 的夹角为 $$60^\circ$$,不垂直)。
因此,答案为 $$\boxed{D}$$。
4. 解析:
设 $$BB_1 = 1$$,则 $$AB = \sqrt{2}$$。建立坐标系,设 $$A = (0, 0, 0)$$,$$B = (\sqrt{2}, 0, 0)$$,$$C = \left(\frac{\sqrt{2}}{2}, \frac{\sqrt{6}}{2}, 0\right)$$,$$B_1 = (\sqrt{2}, 0, 1)$$,$$C_1 = \left(\frac{\sqrt{2}}{2}, \frac{\sqrt{6}}{2}, 1\right)$$。
向量 $$\overrightarrow{AB_1} = (\sqrt{2}, 0, 1)$$,$$\overrightarrow{BC_1} = \left(-\frac{\sqrt{2}}{2}, \frac{\sqrt{6}}{2}, 1\right)$$。它们的夹角余弦为:
$$\cos \theta = \frac{\overrightarrow{AB_1} \cdot \overrightarrow{BC_1}}{|\overrightarrow{AB_1}| \cdot |\overrightarrow{BC_1}|} = \frac{-1 + 0 + 1}{\sqrt{3} \cdot \sqrt{3}} = 0$$
因此,夹角为 $$\frac{\pi}{2}$$,答案为 $$\boxed{D}$$。
5. 解析:
设 $$E$$ 和 $$F$$ 分别为 $$AB$$ 和 $$CD$$ 的中点,$$EF = 5$$,$$AD = 6$$,$$BC = 8$$。根据空间四边形中点公式,$$EF$$ 是 $$AD$$ 和 $$BC$$ 的平均向量,因此:
$$EF = \frac{AD + BC}{2} \cos \theta$$
即 $$5 = \frac{6 + 8}{2} \cos \theta$$,解得 $$\cos \theta = \frac{5}{7}$$,但题目选项不匹配。另一种方法是利用向量几何,设 $$AD$$ 和 $$BC$$ 的夹角为 $$\theta$$,则:
$$|EF|^2 = \frac{AD^2 + BC^2}{4} - \frac{AD \cdot BC}{2} \cos \theta$$
代入得 $$25 = \frac{36 + 64}{4} - \frac{48}{2} \cos \theta$$,解得 $$\cos \theta = \frac{1}{2}$$,即 $$\theta = 60^\circ$$。
因此,答案为 $$\boxed{B}$$。
6. 解析:
设正方体棱长为 1,建立坐标系,设 $$A = (0, 0, 0)$$,$$D_1 = (0, 1, 1)$$,$$M = (0, 1, 0.5)$$,$$B = (1, 0, 0)$$。
向量 $$\overrightarrow{AM} = (0, 1, 0.5)$$,$$\overrightarrow{D_1B} = (1, -1, -1)$$。它们的夹角余弦为:
$$\cos \theta = \frac{\overrightarrow{AM} \cdot \overrightarrow{D_1B}}{|\overrightarrow{AM}| \cdot |\overrightarrow{D_1B}|} = \frac{0 - 1 - 0.5}{\sqrt{1.25} \cdot \sqrt{3}} = \frac{-1.5}{\sqrt{3.75}} = -\frac{3 \sqrt{10}}{10}$$
因此,答案为 $$\boxed{B}$$。
9. 解析:
在棱长为 1 的正方体中,设 $$A = (0, 0, 0)$$,$$C = (1, 1, 0)$$,$$B = (1, 0, 0)$$,$$D_1 = (0, 1, 1)$$。
向量 $$\overrightarrow{AC} = (1, 1, 0)$$,$$\overrightarrow{BD_1} = (-1, 1, 1)$$。它们的夹角余弦为:
$$\cos \theta = \frac{\overrightarrow{AC} \cdot \overrightarrow{BD_1}}{|\overrightarrow{AC}| \cdot |\overrightarrow{BD_1}|} = \frac{-1 + 1 + 0}{\sqrt{2} \cdot \sqrt{3}} = 0$$
因此,夹角为 $$\frac{\pi}{2}$$,答案为 $$\boxed{C}$$。