新高考數(shù)學(xué)二輪復(fù)習(xí) 專題突破 專題4 第2講　空間點(diǎn)、直線、平面之間的位置關(guān)系（含解析）

第2講空間點(diǎn)、直線、平面之間的位置關(guān)系[考情分析]高考對(duì)此部分的考查，一是空間線面關(guān)系的命題的真假判斷，以選擇題、填空題的形式考查，屬于基礎(chǔ)題；二是空間線線、線面、面面平行和垂直關(guān)系交匯綜合命題，一般以選擇題、填空題或解答題的第(1)問(wèn)的形式考查，屬中檔題．考點(diǎn)一空間直線、平面位置關(guān)系的判定核心提煉判斷空間直線、平面位置關(guān)系的常用方法(1)根據(jù)空間線面平行、垂直的判定定理和性質(zhì)定理逐項(xiàng)判斷，解決問(wèn)題．(2)必要時(shí)可以借助空間幾何模型，如從長(zhǎng)方體、四面體等模型中觀察線、面的位置關(guān)系，并結(jié)合有關(guān)定理進(jìn)行判斷．例1(1)(2022·廣東聯(lián)考)已知m，n是兩條不重合的直線，α，β是兩個(gè)不重合的平面，下列說(shuō)法正確的是()A．若m∥α，n∥α，則m∥nB．若α∥β，m⊥α，n∥β，則m∥nC．若m∥α，m⊥β，則α⊥βD．若α⊥β，m∥α，n∥β，則m⊥n答案C解析對(duì)于選項(xiàng)A，m∥α，n∥α，m與n可以平行、異面或者相交，故A錯(cuò)誤；對(duì)于選項(xiàng)B，因?yàn)棣痢桅?，m⊥α，所以m⊥β.又n∥β，所以m⊥n，故B錯(cuò)誤；對(duì)于選項(xiàng)C，由m∥α，則存在直線l?α，使得m∥l，又m⊥β，所以l⊥β，且l?α，所以α⊥β，故C正確；對(duì)于選項(xiàng)D，因?yàn)棣痢挺拢稍O(shè)α∩β＝l，則當(dāng)m∥l，n∥l時(shí)，可以得到m∥α，n∥β，但此時(shí)m∥n，故D錯(cuò)誤．(2)(2022·金華模擬)每個(gè)面均為正三角形的八面體稱為正八面體，如圖．若點(diǎn)G，H，M，N分別是正八面體ABCDEF的棱DE，BC，AD，BF的中點(diǎn)，則下列結(jié)論正確的是________．①四邊形AECF是平行四邊形；②GH與MN是異面直線；③GH∥平面EAB；④GH⊥BC.答案①③解析如圖所示，連接AC，EF，設(shè)AC與EF的交點(diǎn)為O，連接BD，MH，EH，EM，則AC與EF相交且相互平分，故四邊形AECF為平行四邊形，故①正確；所以AE∥CF.又G，H，M，N分別是正八面體ABCDEF的棱DE，BC，AD，BF的中點(diǎn)，連接MG，GH，NM，NH，所以GM∥AE，NH∥CF，且GM＝eq\f(1,2)AE，NH＝eq\f(1,2)CF，所以GM∥NH，且GM＝NH，所以四邊形MNHG是平行四邊形，即GH與MN是共面直線，故②錯(cuò)誤；易證平面MNHG∥平面EAB，又GH?平面MNHG，所以GH∥平面EAB，故③正確；因?yàn)镋H⊥BC，MH⊥BC，EH∩MH＝H，EH，MH?平面EMH，所以BC⊥平面EMH，而GH?平面EMH，GH∩EH＝H，所以GH與BC不垂直，故④錯(cuò)誤．規(guī)律方法對(duì)于線面關(guān)系的存在性問(wèn)題，一般先假設(shè)存在，然后再在該假設(shè)條件下，利用線面位置關(guān)系的相關(guān)定理、性質(zhì)進(jìn)行推理論證，尋找假設(shè)滿足的條件，若滿足，則假設(shè)成立；若得出矛盾，則假設(shè)不成立．跟蹤演練1(1)(2022·湖南師大附中模擬)在長(zhǎng)方體ABCD－A1B1C1D1中，直線A1C與平面AB1D1的交點(diǎn)為M，O為線段B1D1的中點(diǎn)，則下列結(jié)論錯(cuò)誤的是()A．A，M，O三點(diǎn)共線B．M，O，A1，A四點(diǎn)共面C．B，B1，O，M四點(diǎn)共面D．A，O，C，M四點(diǎn)共面答案C解析如圖，因?yàn)锳A1∥CC1，則A，A1，C1，C四點(diǎn)共面．因?yàn)镸∈A1C，所以M∈平面ACC1A1，又M∈平面AB1D1，則點(diǎn)M在平面ACC1A1與平面AB1D1的交線上，同理，O，A也在平面ACC1A1與平面AB1D1的交線上，所以A，M，O三點(diǎn)共線，從而M，O，A1，A四點(diǎn)共面，A，O，C，M四點(diǎn)共面．由長(zhǎng)方體性質(zhì)知，OM與BB1是異面直線，即B，B1，O，M四點(diǎn)不共面．(2)設(shè)點(diǎn)E為正方形ABCD的中心，M為平面ABCD外一點(diǎn)，△MAB為等腰直角三角形，且∠MAB＝90°，若F是線段MB的中點(diǎn)，則()A．ME≠DF，且直線ME，DF是相交直線B．ME＝DF，且直線ME，DF是相交直線C．ME≠DF，且直線ME，DF是異面直線D．ME＝DF，且直線ME，DF是異面直線答案B解析連接EF，如圖所示，由題意知AB⊥AD，AB⊥AM，AM＝AD，AB＝AB，則Rt△BAM≌Rt△BAD，所以BM＝BD，因?yàn)镋，F(xiàn)分別為BD，BM的中點(diǎn)，則EF∥DM，因?yàn)镕M＝eq\f(1,2)BM＝eq\f(1,2)BD＝DE，故四邊形FMDE是等腰梯形，所以ME＝DF，且直線ME，DF是相交直線．考點(diǎn)二空間平行、垂直關(guān)系核心提煉平行關(guān)系及垂直關(guān)系的轉(zhuǎn)化考向1異面直線所成的角例2(1)(2022·新高考全國(guó)Ⅰ改編)已知正方體ABCD－A1B1C1D1，則下列結(jié)論正確的是________．(填序號(hào))①直線BC1與DA1所成的角為90°；②直線BC1與CA1所成的角為90°；③直線BC1與平面BB1D1D所成的角為45°；④直線BC1與平面ABCD所成的角為45°.答案①②④解析如圖，連接AD1，在正方形A1ADD1中，AD1⊥DA1，因?yàn)锳D1∥BC1，所以BC1⊥DA1，所以直線BC1與DA1所成的角為90°，故①正確；在正方體ABCD－A1B1C1D1中，CD⊥平面BCC1B1，又BC1?平面BCC1B1，所以CD⊥BC1.連接B1C，則B1C⊥BC1.因?yàn)镃D∩B1C＝C，CD，B1C?平面DCB1A1，所以BC1⊥平面DCB1A1，又CA1?平面DCB1A1，所以BC1⊥CA1，所以直線BC1與CA1所成的角為90°，故②正確；連接A1C1，交B1D1于點(diǎn)O，則易得OC1⊥平面BB1D1D，連接OB.因?yàn)镺B?平面BB1D1D，所以O(shè)C1⊥OB，∠OBC1為直線BC1與平面BB1D1D所成的角．設(shè)正方體的棱長(zhǎng)為a，則易得BC1＝eq\r(2)a，OC1＝eq\f(\r(2)a,2)，所以在Rt△BOC1中，OC1＝eq\f(1,2)BC1，所以∠OBC1＝30°，故③錯(cuò)誤；因?yàn)镃1C⊥平面ABCD，所以∠CBC1為直線BC1與平面ABCD所成的角，易得∠CBC1＝45°，故④正確．(2)(2022·廣東聯(lián)考)如圖，在三棱錐P－ABC中，PA＝PB＝CA＝CB＝5，AB＝PC＝2，點(diǎn)D，E分別為AB，PC的中點(diǎn)，則異面直線PD，BE所成角的余弦值為________．答案eq\f(23,24)解析如圖，連接CD，取CD的中點(diǎn)F，連接EF，BF，則EF∥PD，∠BEF為異面直線PD，BE所成的角．由題意可知PD＝CD＝BE＝2eq\r(6)，EF＝eq\r(6)，BF＝eq\r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\r(6)))2＋12)＝eq\r(7)，所以cos∠BEF＝eq\f(24＋6－7,2×2\r(6)×\r(6))＝eq\f(23,24).考向2平行、垂直關(guān)系的證明例3如圖，四邊形AA1C1C為矩形，四邊形CC1B1B為菱形，且平面CC1B1B⊥平面AA1C1C，D，E分別為邊A1B1，C1C的中點(diǎn)．(1)求證：BC1⊥平面AB1C；(2)求證：DE∥平面AB1C.證明(1)∵四邊形AA1C1C為矩形，∴AC⊥C1C,又平面CC1B1B⊥平面AA1C1C，平面CC1B1B∩平面AA1C1C＝CC1，∴AC⊥平面CC1B1B，∵C1B?平面CC1B1B，∴AC⊥C1B，又四邊形CC1B1B為菱形，∴B1C⊥BC1，∵B1C∩AC＝C，AC?平面AB1C，B1C?平面AB1C，∴BC1⊥平面AB1C.(2)如圖，取AA1的中點(diǎn)F，連接DF，EF，∵四邊形AA1C1C為矩形，E，F(xiàn)分別為C1C，AA1的中點(diǎn)，∴EF∥AC，又EF?平面AB1C，AC?平面AB1C，∴EF∥平面AB1C，同理可得DF∥平面AB1C，∵EF∩DF＝F，EF?平面DEF，DF?平面DEF,∴平面DEF∥平面AB1C，∵DE?平面DEF，∴DE∥平面AB1C.規(guī)律方法(1)證明線線平行的常用方法①三角形的中位線定理；②平行公理；③線面平行的性質(zhì)定理；④面面平行的性質(zhì)定理．(2)證明線線垂直的常用方法①等腰三角形三線合一；②勾股定理的逆定理；③利用線面垂直的性質(zhì)證線線垂直．跟蹤演練2(2022·西安模擬)如圖，在直三棱柱ABC－A1B1C1中，M，N分別是線段A1B，AC1的中點(diǎn)．(1)求證：MN⊥AA1；(2)在線段BC1上是否存在一點(diǎn)P，使得平面MNP∥平面ABC？若存在，指出點(diǎn)P的具體位置；若不存在，請(qǐng)說(shuō)明理由．(1)證明連接A1C，如圖，因?yàn)樵谥比庵鵄BC－A1B1C1中，AA1C1C為平行四邊形，故A1C和AC1相交，且交點(diǎn)為它們的中點(diǎn)N，又因?yàn)镸為A1B的中點(diǎn)，所以MN為△A1BC的中位線，所以MN∥BC.因?yàn)锳A1⊥平面ABC，BC?平面ABC，所以AA1⊥BC，所以AA1⊥MN，即MN⊥AA1.(2)解存在，當(dāng)P為BC1的中點(diǎn)時(shí)，平面MNP∥平面ABC.連接PN，PM，如圖，因?yàn)镹為AC1的中點(diǎn)，P為BC1的中點(diǎn)，所以PN∥AB，又PN?平面ABC，AB?平面ABC，所以PN∥平面ABC，又由(1)知MN∥BC，BC?平面ABC，MN?平面ABC，故MN∥平面ABC，又MN∩PN＝N，MN，PN?平面PMN，所以平面MNP∥平面ABC.考點(diǎn)三翻折問(wèn)題核心提煉翻折問(wèn)題，關(guān)鍵是分清翻折前后圖形的位置和數(shù)量關(guān)系的變與不變，一般地，位于“折痕”同側(cè)的點(diǎn)、線、面之間的位置和數(shù)量關(guān)系不變，而位于“折痕”兩側(cè)的點(diǎn)、線、面之間的位置關(guān)系會(huì)發(fā)生變化；對(duì)于不變的關(guān)系應(yīng)在平面圖形中處理，而對(duì)于變化的關(guān)系則要在立體圖形中解決．例4(1)(2022·南寧模擬)已知正方形ABCD中E為AB中點(diǎn)，H為AD中點(diǎn)，F(xiàn)，G分別為BC，CD上的點(diǎn)，CF＝2FB，CG＝2GD，將△ABD沿著BD翻折得到空間四邊形A1BCD，則在翻折過(guò)程中，以下說(shuō)法正確的是()A．EF∥GH B．EF與GH相交C．EF與GH異面 D．EH與FG異面答案B解析如圖，由CF＝2FB，CG＝2GD，得FG∥BD且FG＝eq\f(2,3)BD，由E為AB中點(diǎn)，H為AD中點(diǎn)，得EH∥BD且EH＝eq\f(1,2)BD，所以EH∥FG，且EH≠FG，所以四邊形EFGH為梯形．梯形EFGH的兩腰EF，HG延長(zhǎng)必交于一點(diǎn)，所以EF與GH相交，EH與FG平行，故選項(xiàng)A，C，D不正確，選項(xiàng)B正確．(2)(2022·山東名校大聯(lián)考)如圖，在矩形ABCD中，AB＝2AD，E為邊AB的中點(diǎn)，將△ADE沿直線DE翻折至△A1DE.若M為線段A1C的中點(diǎn)，則在△ADE翻折的過(guò)程中，下面四個(gè)命題中正確的是________．(填序號(hào))①BM的長(zhǎng)是定值；②點(diǎn)M的運(yùn)動(dòng)軌跡在某個(gè)圓周上；③存在某個(gè)位置，使DE⊥A1C；④A1不在底面BCD上時(shí)，BM∥平面A1DE.答案①②④解析如圖所示，取CD的中點(diǎn)F，連接MF，BF，AC，易得MF∥A1D，BF∥DE，∵M(jìn)F?平面A1DE，A1D?平面A1DE，∴MF∥平面A1DE，同理可得BF∥平面A1DE，又MF∩BF＝F，MF，BF?平面BMF，∴平面BMF∥平面A1DE，∵BM?平面BMF，∴BM∥平面A1DE，故④正確；又∠BFM＝∠A1DE＝定值，MF＝eq\f(1,2)A1D＝定值，BF＝DE＝定值，在△MFB中，由余弦定理知，MB2＝MF2＋BF2－2MF·BF·cos∠MFB，∴BM為定值，故①正確；∴點(diǎn)M的運(yùn)動(dòng)軌跡在以點(diǎn)B為圓心，BM為半徑的圓周上，故②正確；∵A1C在平面ABCD內(nèi)的射影在直線AC上，且AC與DE不垂直，∴不存在某個(gè)位置，使DE⊥A1C，故③錯(cuò)誤．易錯(cuò)提醒注意圖形翻折前后變與不變的量以及位置關(guān)系．對(duì)照前后圖形，弄清楚變與不變的元素后，再立足于不變的元素的位置關(guān)系與數(shù)量關(guān)系去探求變化后的元素在空間中的位置與數(shù)量關(guān)系．跟蹤演練3(2022·聊城模擬)如圖，在矩形ABCD中，AB＝3，AD＝4，將△ABC沿對(duì)角線AC進(jìn)行翻折，得到三棱錐B－ACD，則下列說(shuō)法正確的是________．(填序號(hào))①在翻折過(guò)程中，三棱錐B－ACD的體積最大為eq\f(24,5)；②在翻折過(guò)程中，三棱錐B－ACD的外接球的表面積為定值；③在翻折過(guò)程中，存在某個(gè)位置使得BC⊥AD；④在翻折過(guò)程中，存在某個(gè)位置使得BD⊥AC.答案①②解析由題意知，當(dāng)平面BAC⊥平面ACD時(shí)，三棱錐B－ACD的體積最大，此時(shí)VB－ACD＝eq\f(1,3)×eq\f(1,2)×3×4×eq\f(12,5)＝eq\f(24,5)，故①正確；如圖，取AC的中點(diǎn)E，連接BE，DE，則DE＝AE＝CE＝BE＝eq\f(5,2)，所以三棱錐B－ACD的外接球是以點(diǎn)E為球心，eq\f(5,2)為半徑的球，則該三棱錐外接球的表面積S＝4π×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5,2)))2＝25π，故②正確；假設(shè)BC⊥AD，又BC⊥AB，AB∩AD＝A，AB，AD?平面BAD，所以BC⊥平面BAD.又BD?平面BAD，所以BC⊥BD，則在Rt△BCD中，斜邊CD的長(zhǎng)度要大于4，這與CD＝3矛盾，故③錯(cuò)誤；假設(shè)BD⊥AC，如圖，過(guò)點(diǎn)D作DF⊥AC于點(diǎn)F，連接BF.由于BD∩DF＝D，BD，DF?平面BDF，所以AC⊥平面BDF.又BF?平面BDF，所以AC⊥BF，所以BF＝eq\f(12,5)＝DF.又CF＝CF，∠CFB＝∠CFD＝90°，所以△BCF≌△DCF，所以BC＝CD，這與BC＝4，CD＝3矛盾，故④錯(cuò)誤．專題強(qiáng)化練一、選擇題1．(2022·龍巖質(zhì)檢)已知三條直線a，b，c，若a和b是異面直線，b和c是異面直線，那么直線a和c的位置關(guān)系是()A．平行 B．相交C．異面 D．平行、相交或異面答案D解析畫圖分析可知空間直線的三種位置關(guān)系均有可能，故D正確．2．(2022·湖北八市聯(lián)考)設(shè)α，β為兩個(gè)不同的平面，則α∥β的一個(gè)充要條件可以是()A．α內(nèi)有無(wú)數(shù)條直線與β平行B．α，β垂直于同一個(gè)平面C．α，β平行于同一條直線D．α，β垂直于同一條直線答案D解析對(duì)于A，α內(nèi)有無(wú)數(shù)條直線與β平行不能得出α∥β，α內(nèi)的所有直線與β平行才能得出，故A錯(cuò)誤；對(duì)于B，C，α，β垂直于同一平面或α，β平行于同一條直線，不能確定α，β的位置關(guān)系，故B，C錯(cuò)誤；對(duì)于D，α，β垂直于同一條直線可以得出α∥β，反之，當(dāng)α∥β時(shí)，若α垂直于某條直線，則β也垂直于該條直線．3．正方體上的點(diǎn)M，N，P，Q是其所在棱的中點(diǎn)，則下列各圖中直線MN與直線PQ是異面直線的圖形是()答案B解析對(duì)于A，易證MQ∥NP，所以A不符合題意；對(duì)于B，如圖，因?yàn)槠矫鍭BCD∥平面A1B1C1D1，MN?平面A1B1C1D1，PQ?平面ABCD，所以MN與PQ無(wú)公共點(diǎn)，因?yàn)镸N與PQ不平行，所以MN與PQ是異面直線，所以B符合題意；對(duì)于C，易證PM∥NQ，所以C不符合題意；對(duì)于D，易證MN∥PQ，所以D不符合題意．4．(2022·商丘模擬)如圖，在三棱柱ABC－A1B1C1中，AA1⊥平面ABC，∠ACB＝90°，BC＝AA1＝eq\r(3)，AC＝1，則異面直線AC1與CB1所成角的余弦值為()A.eq\f(\r(2),3)B.eq\f(\r(6),4)C.eq\f(\r(3),2)D.eq\f(2\r(5),5)答案B解析把三棱柱補(bǔ)成如圖所示的長(zhǎng)方體，連接B1D，CD，則B1D∥AC1，所以∠CB1D(或其補(bǔ)角)即為異面直線AC1與CB1所成的角．由題意可得CD＝AB＝eq\r(AC2＋BC2)＝eq\r(1＋3)＝2，B1D＝AC1＝eq\r(AC2＋CC\o\al(2,1))＝2，CB1＝eq\r(CB2＋BB\o\al(2,1))＝eq\r(3＋3)＝eq\r(6)，所以cos∠CB1D＝eq\f(CB\o\al(2,1)＋B1D2－CD2,2CB1·B1D)＝eq\f(6＋4－4,2\r(6)×2)＝eq\f(\r(6),4).所以異面直線AC1與CB1所成角的余弦值為eq\f(\r(6),4).5．(2022·全國(guó)乙卷)在正方體ABCD－A1B1C1D1中，E，F(xiàn)分別為AB，BC的中點(diǎn)，則()A．平面B1EF⊥平面BDD1B．平面B1EF⊥平面A1BDC．平面B1EF∥平面A1ACD．平面B1EF∥平面A1C1D答案A解析在正方體ABCD－A1B1C1D1中，AC⊥BD且DD1⊥平面ABCD，又EF?平面ABCD，所以EF⊥DD1，因?yàn)镋，F(xiàn)分別為AB，BC的中點(diǎn)，所以EF∥AC，所以EF⊥BD，又BD∩DD1＝D，BD，DD1?平面BDD1，所以EF⊥平面BDD1，又EF?平面B1EF，所以平面B1EF⊥平面BDD1，故A正確；如圖，以點(diǎn)D為原點(diǎn)，建立空間直角坐標(biāo)系，設(shè)AB＝2，則D(0,0,0)，B1(2,2,2)，E(2,1,0)，F(xiàn)(1,2,0)，B(2,2,0)，A1(2,0,2)，A(2,0,0)，C(0,2,0)，C1(0,2,2)，則eq\o(EF,\s\up6(→))＝(－1,1,0)，eq\o(EB1,\s\up6(→))＝(0,1,2)，eq\o(DB,\s\up6(→))＝(2,2,0)，eq\o(DA1,\s\up6(→))＝(2,0,2)，eq\o(AA1,\s\up6(→))＝(0,0,2)，eq\o(AC,\s\up6(→))＝(－2,2,0)，eq\o(A1C1,\s\up6(→))＝(－2,2,0)．設(shè)平面B1EF的一個(gè)法向量為m＝(x1，y1，z1)，則有eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(m·\o(EF,\s\up6(→))＝－x1＋y1＝0，,m·\o(EB1,\s\up6(→))＝y(tǒng)1＋2z1＝0，))可取m＝(2,2，－1)，同理可得平面A1BD的一個(gè)法向量為n1＝(1，－1，－1)，平面A1AC的一個(gè)法向量為n2＝(1,1,0)，平面A1C1D的一個(gè)法向量為n3＝(1,1，－1)，則m·n1＝2－2＋1＝1≠0，所以平面B1EF與平面A1BD不垂直，故B錯(cuò)誤；因?yàn)閙與n2不平行，所以平面B1EF與平面A1AC不平行，故C錯(cuò)誤；因?yàn)閙與n3不平行，所以平面B1EF與平面A1C1D不平行，故D錯(cuò)誤．6．(2022·華中師大附中模擬)如圖，在正方體ABCD－A1B1C1D1中，P是A1D的中點(diǎn)，則下列說(shuō)法正確的是()A．直線PB與直線D1C平行，直線PB⊥平面A1C1DB．直線PB與直線AC異面，直線PB⊥平面ADC1B1C．直線PB與直線B1D1相交，直線PB?平面ABC1D．直線PB與直線A1D垂直，直線PB∥平面B1D1C答案D解析如圖，連接DB，A1B，D1B1，D1C，B1C，PB，AC，DC1，AB1，由正方體的性質(zhì)知，A1B∥D1C，又A1B與PB相交，所以PB與D1C不平行，故A錯(cuò)誤；顯然，直線PB與直線AC異面，直線A1B⊥平面ADC1B1，而直線PB與A1B不平行，所以直線PB不與平面ADC1B1垂直，故B錯(cuò)誤；直線PB與直線B1D1異面，不相交，故C錯(cuò)誤；因?yàn)锽A1＝BD，P是A1D的中點(diǎn)，所以直線PB與直線A1D垂直，又DB∥D1B1，A1B∥D1C，DB?平面B1D1C，A1B?平面B1D1C，A1B∩DB＝B，A1B，DB?平面BDA1，D1C，D1B1?平面B1D1C，所以平面BDA1∥平面B1D1C，又PB?平面BDA1，所以直線PB∥平面B1D1C，故D正確．7.(2022·中山模擬)如圖，在棱長(zhǎng)為2的正方體ABCD－A1B1C1D1中，過(guò)A1B且與AC1平行的平面交B1C1于點(diǎn)P，則PC1等于()A．2 B.eq\r(3)C.eq\r(2) D．1答案D解析連接AB1，交A1B于點(diǎn)Q，連接PA1，PB，PQ，如圖所示．因?yàn)锳C1∥平面A1BP，AC1?平面AB1C1，且平面AB1C1∩平面A1BP＝PQ，所以AC1∥PQ，又點(diǎn)Q是AB1的中點(diǎn)，所以P是B1C1的中點(diǎn)，所以PC1＝1.8．如圖1，已知E為正方形ABCD的邊AB的中點(diǎn)，將△DAE沿邊DE翻折到△PDE，連接PC，PB，EC，設(shè)F為PC的中點(diǎn)，連接BF，如圖2，則在翻折的過(guò)程中，下列命題正確的是()①存在某一翻折位置，使得DE∥平面PBC；②在翻折的過(guò)程中(點(diǎn)P不在平面BCDE內(nèi))，都有BF∥平面PDE；③存在某一翻折位置，使得PE⊥CD；④若PD＝CD＝PC＝4，則三棱錐P－CDE的外接球的表面積為eq\f(76π,3).A．①③④ B．②③C．①②④ D．②③④答案D解析對(duì)于①，取DC的中點(diǎn)G，連接BG，因?yàn)锽E∥GD，BE＝GD，所以四邊形DEBG為平行四邊形，所以DE∥GB，而BG與平面PBC相交，所以DE與平面PBC相交，故①錯(cuò)誤；對(duì)于②，連接FG，則FG∥PD，由DE∥GB，易證平面BFG∥平面PDE，而BF?平面BFG，所以BF∥平面PDE，故②正確；對(duì)于③，因?yàn)镻E⊥PD，要使得PE⊥CD，則PE⊥平面PCD，則PE⊥PC，而EC＝ED，此時(shí)，只需要PC＝PD即可，故③正確；對(duì)于④，由PD＝CD＝PC＝4可知，PE⊥平面PCD，PE＝2，設(shè)△PCD的外接圓半徑為r，則r＝eq\f(4,2sin60°)＝eq\f(4\r(3),3)，設(shè)三棱錐P－CDE的外接球半徑為R，則R2＝r2＋eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(PE,2)))2＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(4\r(3),3)))2＋1＝eq\f(19,3)，所以三棱錐P－CDE的外接球的表面積為4πR2＝eq\f(76π,3)，故④正確．二、填空題9．已知l是平面α，β外的直線，給出下列三個(gè)論斷：①l∥α；②α⊥β；③l⊥β.以其中兩個(gè)論斷為條件，余下的論斷為結(jié)論，寫出一個(gè)正確命題：________.(用序號(hào)表示)答案若①③，則②或若②③，則①(填寫一個(gè)即可)解析因?yàn)楫?dāng)l∥α，α⊥β時(shí)，l與β可能平行或者相交，所以①②作為條件，不能得出③；因?yàn)閘∥α，所以α內(nèi)存在一條直線m與l平行，又l⊥β，所以m⊥β，所以可得α⊥β，即①③作為條件，可以得出②；因?yàn)棣痢挺?，l⊥β，所以l∥α或者l?α，因?yàn)閘是平面α外的直線，所以l∥α，即②③作為條件，可以得出①.10．三棱錐A－BCD中，AB＝CD＝1，過(guò)線段BC的中點(diǎn)E作平面EFGH與直線AB，CD都平行，且分別交BD，AD，AC于F，G，H，則四邊形EFGH的周長(zhǎng)為________．答案2解析因?yàn)锳B∥平面EFGH，平面ABC∩平面EFGH＝EH，AB?平面ABC，所以AB∥EH，又點(diǎn)E為BC中點(diǎn)，所以EH為△ABC的中位線，故EH＝eq\f(1,2)AB＝eq\f(1,2).同理，EF＝FG＝GH＝eq\f(1,2)，所以四邊形EFGH的周長(zhǎng)為2.11．(2022·長(zhǎng)春模擬)在正方形ABCD中，O為BD的中點(diǎn)，將平面ABD沿直線BD翻折，使得平面ABD⊥平面BCD，則直線AB與CD所成角的大小為________．答案60°解析如圖，過(guò)B，D作BE∥CD，DE∥CB，且BE，DE交于點(diǎn)E，連接AE，OE，所以直線AB與CD所成角即為∠ABE或其補(bǔ)角，設(shè)正方形ABCD的邊長(zhǎng)為2，則BE＝AB＝AD＝2，而AO⊥BD，平面ABD⊥平面BCD，AO?平面ABD，平面ABD∩平面BCD＝BD，所以AO⊥平面BCD，又OE?平面BCD，所以AO⊥OE，且AO＝OE＝eq\r(2)，故AE＝2，則△ABE為等邊三角形，故∠ABE＝60°，即直線AB與CD所成角的大小為60°.12.如圖，把邊長(zhǎng)為a的正方形ABCD沿對(duì)角線BD折起，使A，C的距離為a，則異面直線AC與BD的距離為________．答案eq\f(a,2)解析如圖，分別取AC，BD的中點(diǎn)S，E，連接AE，CE，SB，SD，SE.則AE⊥BD，CE⊥BD，又AE∩CE＝E，AE，CE?平面ACE，則BD⊥平面ACE，則SE⊥BD，AC⊥SD，AC⊥SB，又SD∩SB＝S，SD，SB?平面SBD，則AC⊥平面SBD，則SE⊥AC，則SE是異面直線AC與BD的公垂線段，在△SBD中，SB＝SD＝eq\f(\r(3),2)a，BD＝eq\r(2)a，則SE＝eq\r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(\r(3),2)a))2－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(\r(2),2)a))2)＝eq\f(a,2)，則異面直線AC與BD的距離為eq\f(a,2).三、解答題13.(2022·