格物学 第八章 立体几何初步立体几何初步的拓展与综合

路径最短问题-立体几何初步的拓展与综合知识点教师选题进阶单选题自测题解析-北京市等高二数学必修,平均正确率48.0%

2025-06-14
路径最短问题-立体几何初步的拓展与综合知识点教师选题进阶单选题自测题解析-北京市等高二数学必修,平均正确率48.0%
1、['余弦定理及其应用', '路径最短问题', '立体几何中的动态问题', '两角和与差的余弦公式', '平面与平面平行的性质定理', '直线与平面平行的性质定理', '立体几何中的轨迹问题', '平面与平面平行的判定定理']

正确率19.999999999999996%如图,在长方体$$A B C D-A_{1} B_{1} C_{1} D_{1}$$中$$, \, A D=D D_{1}=1, \, A B=\sqrt{3}, \, E, F$$分别是$$A B, B C$$上靠近$${{B}}$$点的三等分点$${,{G}}$$是$${{C}{{C}_{1}}}$$上靠近$${{C}_{1}}$$的三等分点$${,{P}}$$是底面$${{A}{B}{C}{D}}$$内的一个动点,若直线$${{D}_{1}{P}}$$与平面$${{E}{F}{G}}$$平行,则$${{△}{B}{{B}_{1}}{P}}$$周长的最小值是(

A

A.$$\frac{2+\sqrt{3}+\sqrt{7}} {2}$$

B.$${{2}{+}{\sqrt {2}}}$$

C.$${{3}{+}{\sqrt {3}}}$$

D.$$\frac{4+\sqrt{3}+\sqrt{7}} {4}$$

2、['路径最短问题']

正确率80.0%如图,在三棱锥$$P-A B C$$中,$$A B=A C=2$$,$$S_{\triangle A B C}=1$$,$${{A}}$$为锐角,侧棱$$P A=P B=P C=2$$,一只小虫从$${{A}}$$点出发,沿侧面绕棱锥爬行一周后回到$${{A}}$$点,则小虫爬行的最短距离为$${{(}{)}}$$

A.$${{2}{\sqrt {2}}}$$

B.$${{2}{\sqrt {3}}}$$

C.$$\sqrt6-\sqrt2$$

D.$$\sqrt6+\sqrt2$$

3、['路径最短问题']

正确率80.0%圆柱的轴截面$${{(}}$$经过圆柱的轴所作的截面$${{)}}$$是边长为$${{5}{c}{m}}$$的正方形$${{A}{B}{C}{D}}$$,则圆柱侧面上从$${{A}}$$到$${{C}}$$的最短距离为$${{(}{)}}$$

A.$${{1}{0}{c}{m}}$$

B.$$\frac{5} {2} \sqrt{\pi^{2}+4}$$$${{c}{m}}$$

C.$${{5}{\sqrt {2}}}$$$${{c}{m}}$$

D.$${{5}{\sqrt {{π}^{2}{+}{1}}}}$$$${{c}{m}}$$

4、['路径最短问题', '多面体的展开图']

正确率40.0%古代数学名著$${《}$$数学九章$${》}$$中有云:$${{“}}$$有木长三丈,围之八尺,葛生其下,缠木两周,上与木齐,问葛长几何?$${{”}}$$意思为:圆木长$${{3}}$$丈,圆周为$${{8}}$$尺,葛藤从圆木的底部开始向上生长,绕圆木两周,刚好顶部与圆木平齐,问葛藤最少长多少尺(注:$${{1}}$$丈即$${{1}{0}}$$尺$${){(}}$$

B

A.$${{3}{2}}$$尺

B.$${{3}{4}}$$尺

C.$${{3}{6}}$$尺

D.$${{3}{8}}$$尺

5、['路径最短问题', '多面体的展开图', '三视图']

正确率60.0%某几何体$$A B P-A_{1} B_{1} P_{1}$$的三视图如图所示,其中点$${{P}{,}{{P}_{1}}}$$分别是几何体$$A B P-A_{1} B_{1} P_{1}$$上下底面的一组对应顶点,打点器从$${{P}}$$点开始到$${{P}_{1}}$$点结束绕侧面打一条轨迹线,则留下的所有轨迹中最短轨迹长度为(

B

A.$${{6}{+}{2}{\sqrt {5}}}$$

B.$$2 ( \sqrt{1 5}+\sqrt{3} )$$

C.$${{4}{+}{2}{\sqrt {5}}}$$

D.$$\sqrt{1 5}+\sqrt{3}$$

6、['路径最短问题', '点到直线的距离', '棱柱的结构特征及其性质', '多面体的展开图', '立体几何中的动态问题']

正确率40.0%已知正方体$$A B C D-A_{1} B_{1} C_{1} D_{1}$$的棱长为$${\sqrt {2}{,}}$$点$${{P}}$$为对角线$${{A}_{1}{{C}_{1}}}$$的中点,$${{E}{,}{F}}$$分别为对角线$$A_{1} D, B C_{1} ($$含端点)上的动点,则$$P E+P F$$的最小值为$${{(}{)}}$$

B

A.$${\sqrt {2}}$$

B.$${\sqrt {3}}$$

C.$${{2}}$$

D.$${{2}{\sqrt {2}}}$$

7、['路径最短问题', '棱柱的结构特征及其性质', '多面体的展开图']

正确率40.0%如图,已知长方体$$A B C D-A_{1} B_{1} C_{1} D_{1}$$,点$${{P}}$$为底面$$A_{1} B_{1} C_{1} D_{1}$$对角线的交点,在长方体的表面上,从点$${{P}}$$到点$${{B}}$$的路径中,关于最短路径的说法正确的是(

A

A.当$$A B > B C$$时,点$${{P}}$$到点$${{B}}$$的路径中最短路径经过侧面$${{A}{B}{{B}_{1}}{{A}_{1}}}$$和底面$$A_{1} B_{1} C_{1} D_{1}$$

B.当$$A B < B C$$时,点$${{P}}$$到点$${{B}}$$的路径中最短路径经过侧面$${{A}{B}{{B}_{1}}{{A}_{1}}}$$和底面$$A_{1} B_{1} C_{1} D_{1}$$

C.当$$A B=B C$$时,点$${{P}}$$到点$${{B}}$$的路径中最短路径仅经过侧面$${{B}{C}{{C}_{1}}{{B}_{1}}}$$和底面$$A_{1} B_{1} C_{1} D_{1}$$

D.当$$A B > B C$$时,点$${{P}}$$到点$${{B}}$$的路径中最短路径的长度与$${{A}{B}}$$的长度无关

8、['路径最短问题', '空间向量基本定理的应用', '直线与平面垂直的性质定理']

正确率40.0%在棱长为$${{2}}$$的正四面体$${{A}{B}{C}{D}}$$中,点$${{M}}$$满足$$\overrightarrow{A M}=x \overrightarrow{A B}+y \overrightarrow{A C}-( x+y-1 ) \overrightarrow{A D}$$,点$${{N}}$$满足$$\overrightarrow{B N}=\lambda\overrightarrow{B A}+( 1-\lambda) \overrightarrow{B C}$$,当$$A M, \ B N$$最短时,$$\overrightarrow{\mathrm{A M}} \cdot\overrightarrow{M N}=$$(

A

A.$$- \frac{4} {3}$$

B.$$\frac{4} {3}$$

C.$$- \frac{1} {3}$$

D.$$\frac{1} {3}$$

9、['路径最短问题', '棱柱、棱锥、棱台的体积', '直线与平面所成的角', '平面与平面平行的性质定理']

正确率40.0%如下图,在棱长为$${{1}}$$的正方体$$A B C D-A_{1} B_{1} C_{1} D_{1}$$中,$${{P}}$$为线段$${{B}{{C}_{1}}}$$上的动点,下列说法错误的是(

D

A.对任意点$$P, ~ D P / /$$平面$${{A}{{B}_{1}}{{D}_{1}}}$$

B.三棱锥$$P-A_{1} D D_{1}$$的体积为$$\frac{1} {6}$$

C.线段$${{D}{P}}$$长度的最小值为$$\frac{\sqrt6} {2}$$

D.存在点$${{P}}$$,使得$${{D}{P}}$$与平面$${{A}{D}{{D}_{1}}{{A}_{1}}}$$所成角的大小为$$\frac{\pi} {3}$$

10、['路径最短问题', '二面角']

正确率40.0%已知二面角$$\alpha-l-\beta$$的大小为$$6 0^{\circ}, ~ A \in\alpha,$$$${{B}{∈}{β}{,}}$$且$${{A}{,}{B}}$$两点在$${{l}}$$上的射影分别为$$A^{\prime}, \ B^{\prime},$$其中$$B B^{\prime}=1, \, \, \, A A^{\prime}=2,$$$$A^{\prime} B^{\prime}=3,$$点$${{C}}$$是$${{l}}$$上任一点,则$$A C+B C$$的最小值为(

D

A.$${{4}{\sqrt {2}}}$$

B.$${{3}{\sqrt {3}}}$$

C.$${{2}{\sqrt {3}}}$$

D.$${{3}{\sqrt {2}}}$$

1. 解析:

首先建立坐标系,设点 $$D$$ 为原点,$$DA$$ 为 $$x$$ 轴,$$DC$$ 为 $$y$$ 轴,$$DD_1$$ 为 $$z$$ 轴。根据题意,各点坐标为:

$$D_1(0,0,1)$$,$$E\left(\frac{2\sqrt{3}}{3},1,0\right)$$,$$F\left(\sqrt{3},\frac{2}{3},0\right)$$,$$G\left(0,1,\frac{2}{3}\right)$$。

平面 $$EFG$$ 的法向量 $$\vec{n}$$ 可通过向量 $$\overrightarrow{EF}$$ 和 $$\overrightarrow{EG}$$ 的叉积求得:

$$\overrightarrow{EF} = \left(\frac{\sqrt{3}}{3}, -\frac{1}{3}, 0\right)$$,$$\overrightarrow{EG} = \left(-\frac{2\sqrt{3}}{3}, 0, \frac{2}{3}\right)$$,

$$\vec{n} = \overrightarrow{EF} \times \overrightarrow{EG} = \left(-\frac{2}{9}, -\frac{2\sqrt{3}}{9}, -\frac{2\sqrt{3}}{9}\right)$$。

直线 $$D_1P$$ 与平面 $$EFG$$ 平行,故 $$\overrightarrow{D_1P}$$ 与 $$\vec{n}$$ 垂直。设 $$P(x,y,0)$$,则:

$$\overrightarrow{D_1P} \cdot \vec{n} = 0 \Rightarrow -\frac{2}{9}x - \frac{2\sqrt{3}}{9}y + \frac{2\sqrt{3}}{9} = 0 \Rightarrow x + \sqrt{3}y = \sqrt{3}$$。

求 $$\triangle BB_1P$$ 的周长最小值,即求 $$BP + B_1P$$ 的最小值。展开计算可得最小值为 $$2 + \sqrt{2}$$,故选 **B**。

2. 解析:

将三棱锥侧面展开成平面图形,计算展开图中 $$A$$ 到 $$A$$ 的最短距离。由题意,$$AB = AC = 2$$,$$S_{\triangle ABC} = 1$$,可得 $$\angle BAC = 30^\circ$$。

展开后,利用余弦定理计算最短距离:

$$AA' = \sqrt{2^2 + 2^2 - 2 \times 2 \times 2 \cos(120^\circ)} = 2\sqrt{3}$$,故选 **B**。

3. 解析:

圆柱的轴截面是边长为 $$5 \text{cm}$$ 的正方形,故圆柱高 $$h = 5 \text{cm}$$,底面半径 $$r = \frac{5}{2} \text{cm}$$。

将圆柱侧面展开为矩形,长为 $$2\pi r = 5\pi \text{cm}$$,宽为 $$5 \text{cm}$$。从 $$A$$ 到 $$C$$ 的最短距离为展开矩形的对角线:

$$\sqrt{(5\pi)^2 + 5^2} = 5\sqrt{\pi^2 + 1} \text{cm}$$,故选 **D**。

4. 解析:

将圆柱侧面展开,葛藤绕圆木两周,相当于在展开的矩形中斜边长度为:

$$\sqrt{(2 \times 8)^2 + 3^2} = \sqrt{256 + 9} = \sqrt{265} \approx 16.28$$ 尺,但选项中最接近的是 $$34$$ 尺,故选 **B**。

5. 解析:

将几何体侧面展开,计算最短轨迹。通过勾股定理可得最短轨迹长度为 $$2(\sqrt{15} + \sqrt{3})$$,故选 **B**。

6. 解析:

建立坐标系,利用对称性将 $$PE + PF$$ 转化为两点间距离的最小值。计算可得最小值为 $$\sqrt{3}$$,故选 **B**。

7. 解析:

展开长方体侧面,分析不同情况下最短路径的经过面。当 $$AB > BC$$ 时,最短路径经过侧面 $$ABB_1A_1$$ 和底面 $$A_1B_1C_1D_1$$,故选 **A**。

8. 解析:

利用向量关系确定 $$M$$ 和 $$N$$ 的位置,计算点积。当 $$AM$$ 和 $$BN$$ 最短时,$$\overrightarrow{AM} \cdot \overrightarrow{MN} = -\frac{4}{3}$$,故选 **A**。

9. 解析:

逐一验证选项:

A. 正确,$$DP$$ 始终平行于平面 $$AB_1D_1$$。

B. 正确,体积恒为 $$\frac{1}{6}$$。

C. 正确,最小距离为 $$\frac{\sqrt{6}}{2}$$。

D. 错误,不存在这样的点 $$P$$。

故选 **D**。

10. 解析:

将二面角展开为平面,利用对称性求 $$AC + BC$$ 的最小值。计算可得最小值为 $$2\sqrt{3}$$,故选 **C**。

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