格物学 第八章 立体几何初步立体几何初步的拓展与综合

立体几何中的动态问题-立体几何初步的拓展与综合知识点回顾基础自测题解析-陕西省等高二数学必修,平均正确率74.0%

2025-05-20
立体几何中的动态问题-立体几何初步的拓展与综合知识点回顾基础自测题解析-陕西省等高二数学必修,平均正确率74.0%
3、['立体几何中的动态问题', '用空间向量研究空间中直线、平面的垂直']

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$${{1}{,}}$$动点$${{M}}$$在棱$${{C}{{C}_{1}}}$$上,动点$${{P}}$$在平面$${{A}_{1}{{B}_{1}}{{C}_{1}}{{D}_{1}}}$$上,且$${{A}{P}{⊥}}$$平面$${{M}{B}{{D}_{1}}{,}}$$则$${{A}{P}}$$的长度的取值范围为(

D

A.$${{[}{1}{,}{\sqrt {2}}{]}}$$

B.$${{[}{1}{,}{\sqrt {3}}{]}}$$

C.$$\left[ \frac{\sqrt{3}} {2}, ~ \sqrt{2} \right]$$

D.$$\left[ \frac{\sqrt6} {2}, ~ \sqrt2 \right]$$

5、['与球有关的切、接问题', '立体几何中的动态问题', '点到平面的距离']

正确率40.0%已知三棱锥$${{S}{−}{A}{B}{C}}$$满足$${{S}{A}{⊥}{S}{B}{,}{S}{B}{⊥}{S}{C}{,}{S}{A}{⊥}{S}{C}}$$,且$${{S}{A}{=}{S}{B}{=}{S}{C}}$$,若该三棱锥外接球的半径为$$\frac{\sqrt{3}} {2}, Q$$是外接球上一动点,则点$${{Q}}$$到平面$${{A}{B}{C}}$$的距离的最大值为 (

A

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

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

C.$${{3}}$$

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

9、['立体几何中的动态问题', '用空间向量研究空间中直线、平面的垂直', '立体几何中的轨迹问题']

正确率40.0%在棱长为$${{2}}$$的正方体$${{A}{B}{C}{D}{−}{{A}_{1}}{{B}_{1}}{{C}_{1}}{{D}_{1}}}$$中,$${{E}}$$为棱$${{C}{D}}$$的中点,点$${{P}}$$是侧面$${{A}{{A}_{1}}{{D}_{1}}{D}}$$上一动点,且$${{C}{P}{⊥}{{B}_{1}}{E}}$$,则线段$${{C}{P}}$$的取值范围为$${{(}{)}}$$

B

A.$$[ \frac{4 \sqrt{3}} {3}, \sqrt{5} ]$$

B.$$[ \frac{3 \sqrt{2}} {2}, \sqrt{5} ]$$

C.$$[ \frac{4 \sqrt{3}} {3}, \sqrt{6} ]$$

D.$$[ \frac{3 \sqrt{2}} {2}, \sqrt{6} ]$$

10、['立体几何中的探索问题', '立体几何中的动态问题']

正确率19.999999999999996%如图所示,在棱长为$${{4}}$$的正方体$${{A}{B}{C}{D}{−}{{A}_{1}}{{B}_{1}}{{C}_{1}}{{D}_{1}}}$$中,点$${{M}}$$是正方体表面上一动点,则下列说法正确的个数为(
$$None$$

$${①}$$若点$${{M}}$$平面$${{A}{B}{C}{D}}$$内运动时总满足$${{∠}{D}{{D}_{1}}{A}{=}{∠}{D}{{D}_{1}}{M}}$$,则点$${{M}}$$在平面$${{A}{B}{C}{D}}$$内的轨迹是圆的一部分;
$${②}$$在平面$${{A}{B}{C}{D}}$$内作边长为$${{1}}$$的小正方形$${{E}{F}{G}{A}}$$,点$${{M}}$$满足在平面$${{A}{B}{C}{D}}$$内运动,且到平面$${{A}{{A}_{1}}{{B}_{1}}{B}}$$的距离等于到点$${{F}}$$的距离,则$${{M}}$$在平面$${{A}{B}{C}{D}}$$内的轨迹是抛物线的一部分;
$${③}$$已知点$${{N}}$$是棱$${{C}{D}}$$的中点,若点$${{M}}$$在平面$${{A}{B}{C}{D}{A}{B}{C}{D}}$$内运动,且$${{B}_{1}{M}{∥}}$$平面$${{A}_{1}{N}{{C}_{1}}}$$,则点$${{M}}$$在平面$${{A}{B}{C}{D}}$$内的轨迹是线段;
$${④}$$已知点$${{P}{,}{Q}}$$分别是$${{B}{{D}_{1}}{,}{{B}_{1}}{{C}_{1}}}$$的点,点$${{M}}$$为正方体表面上一点,若$${{M}{P}}$$与$${{C}{Q}}$$垂直,则点$${{M}}$$所构成轨迹的周长为$${{8}{+}{4}{\sqrt {5}}}$$.

D

A.$${{1}}$$

B.$${{2}}$$

C.$${{3}}$$

D.$${{4}}$$

以下是各题的详细解析:

3. 解析:

设正方体的坐标系为 $$A(0,0,0)$$,$$D(1,0,0)$$,$$B(0,1,0)$$,$$C(1,1,0)$$,$$A_1(0,0,1)$$,$$D_1(1,0,1)$$,$$B_1(0,1,1)$$,$$C_1(1,1,1)$$。动点 $$M$$ 在 $$CC_1$$ 上,设 $$M(1,1,t)$$,$$t \in [0,1]$$。动点 $$P$$ 在平面 $$A_1B_1C_1D_1$$ 上,设 $$P(x,y,1)$$。

由题意,$$AP \perp$$ 平面 $$MBD_1$$,即 $$AP$$ 与平面 $$MBD_1$$ 的法向量平行。平面 $$MBD_1$$ 的法向量为 $$\vec{n} = \vec{MB} \times \vec{MD_1} = (-1, 0, t) \times (0, -1, t) = (t, t, 1)$$。

因为 $$AP = (x, y, 1)$$ 与 $$\vec{n}$$ 平行,所以 $$\frac{x}{t} = \frac{y}{t} = \frac{1}{1}$$,即 $$x = y = t$$。因此,$$P(t, t, 1)$$,$$AP = \sqrt{t^2 + t^2 + 1} = \sqrt{2t^2 + 1}$$。

当 $$t \in [0,1]$$ 时,$$AP \in [1, \sqrt{3}]$$。故选 B

5. 解析:

由题意,三棱锥 $$S-ABC$$ 满足 $$SA \perp SB$$,$$SB \perp SC$$,$$SA \perp SC$$,且 $$SA = SB = SC = a$$。设 $$SA, SB, SC$$ 分别为坐标轴,则 $$A(a,0,0)$$,$$B(0,a,0)$$,$$C(0,0,a)$$。

外接球的半径为 $$\frac{\sqrt{3}}{2}$$,而外接球的球心在几何中心,即 $$\left(\frac{a}{2}, \frac{a}{2}, \frac{a}{2}\right)$$,半径 $$R = \frac{\sqrt{3a^2}}{2} = \frac{\sqrt{3}}{2}$$,解得 $$a = 1$$。

平面 $$ABC$$ 的方程为 $$x + y + z = 1$$,球心到平面的距离为 $$d = \frac{\left|\frac{1}{2} + \frac{1}{2} + \frac{1}{2} - 1\right|}{\sqrt{3}} = \frac{1}{2\sqrt{3}}$$。

点 $$Q$$ 到平面 $$ABC$$ 的最大距离为 $$R + d = \frac{\sqrt{3}}{2} + \frac{1}{2\sqrt{3}} = \frac{2\sqrt{3}}{3}$$。故选 A

9. 解析:

设正方体的坐标系为 $$A(0,0,0)$$,$$B(2,0,0)$$,$$C(2,2,0)$$,$$D(0,2,0)$$,$$A_1(0,0,2)$$,$$B_1(2,0,2)$$,$$C_1(2,2,2)$$,$$D_1(0,2,2)$$。点 $$E$$ 为 $$CD$$ 的中点,坐标为 $$E(1,2,0)$$。

点 $$P$$ 在侧面 $$AA_1D_1D$$ 上,设 $$P(0, y, z)$$,$$y \in [0,2]$$,$$z \in [0,2]$$。向量 $$\vec{CP} = (-2, y-2, z)$$,向量 $$\vec{B_1E} = (-1, 2, -2)$$。

由 $$\vec{CP} \perp \vec{B_1E}$$,得 $$(-2)(-1) + (y-2)(2) + z(-2) = 0$$,即 $$2 + 2y - 4 - 2z = 0$$,化简得 $$y - z = 1$$。

因此,$$P(0, y, y-1)$$,$$y \in [1,2]$$。$$CP = \sqrt{(-2)^2 + (y-2)^2 + (y-1)^2} = \sqrt{4 + (y-2)^2 + (y-1)^2} = \sqrt{2y^2 - 6y + 9}$$。

当 $$y = 1.5$$ 时,$$CP$$ 最小为 $$\frac{4\sqrt{3}}{3}$$;当 $$y = 1$$ 或 $$y = 2$$ 时,$$CP$$ 最大为 $$\sqrt{5}$$。故选 A

10. 解析:

① 点 $$M$$ 在平面 $$ABCD$$ 内运动,满足 $$\angle DD_1A = \angle DD_1M$$,即 $$M$$ 在以 $$DD_1$$ 为轴的圆锥面上,轨迹为圆的一部分。正确。

② 点 $$M$$ 到平面 $$AA_1B_1B$$ 的距离等于到点 $$F$$ 的距离,符合抛物线的定义。正确。

③ 点 $$M$$ 满足 $$B_1M \parallel$$ 平面 $$A_1NC_1$$,即 $$M$$ 在平行于 $$A_1NC_1$$ 的平面上,轨迹为线段。正确。

④ 点 $$M$$ 满足 $$MP \perp CQ$$,通过向量分析可得 $$M$$ 的轨迹周长为 $$8 + 4\sqrt{5}$$。正确。

综上,所有说法均正确。故选 D

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