【数学精品】版《6年高考4年模拟》第二节点、线、面的位置关系第一部分六年高考荟萃年高考题1.[·陕西卷](1)“如图所示,证明命题a是平面π内的一条直线,b是π外的一条直线(b不垂直于π),c是直线b在π上的投影,若a⊥b,则a⊥c”为真;(2)写出上述命题的逆命题,并判断其真假(不需证明).解:(1)证法一:如下图,过直线b上任一点作平面π的垂线n,设直线a,b,c,n的方向向量分别是a,b,c,n,则b,c,n共面.根据平面向量基本定理,存在实数λ,μ使得c=λb+μn,则a·c=a·(λb+μn)=λ(a·b)+μ(a·n),因为a⊥b,所以a·b=0,又因为aπ,n⊥π,所以a·n=0,故a·c=0,从而a⊥c.证法二:如图,记c∩b=A,P为直线b上异于点A的任意一点,过P作PO⊥π,垂足为O,则O∈c. PO⊥π,aπ,∴直线PO⊥a,又a⊥b,b平面PAO,PO∩b=P,∴a⊥平面PAO,又c平面PAO,∴a⊥c.(2)逆命题为:a是平面π内的一条直线,b是π外的一条直线(b不垂直于π),c是直线b在π上的投影,若a⊥c,则a⊥b.逆命题为真命题.2.[·全国卷]如图,四棱锥P-ABCD中,底面ABCD为菱形,PA⊥底面ABCD,AC=2,PA=2,E是PC上的一点,PE=2EC.(1)证明:PC⊥平面BED;(2)设二面角A-PB-C为90°,求PD与平面PBC所成角的大小.解:方法一:(1)因为底面ABCD为菱形,所以BD⊥AC,又PA⊥底面ABCD,所以PC⊥BD.设AC∩BD=F,连结EF.因为AC=2,PA=2,PE=2EC,故PC=2,EC=,FC=,从而=,=.因为=,∠FCE=∠PCA,所以△FCE∽△PCA,∠FEC=∠PAC=90°,由此知PC⊥EF.PC与平面BED内两条相交直线BD,EF都垂直,所以PC⊥平面BED.(2)在平面PAB内过点A作AG⊥PB,G为垂足.因为二面角A-PB-C为90°,所以平面PAB⊥平面PBC.又平面PAB∩平面PBC=PB,故AG⊥平面PBC,AG⊥BC.BC与平面PAB内两条相交直线PA,AG都垂直,故BC⊥平面PAB,于是BC⊥AB,所以底面ABCD为正方形,AD=2,PD==2.设D到平面PBC的距离为d.因为AD∥BC,且AD⊄平面PBC,BC⊂平面PBC,故AD∥平面PBC,A、D两点到平面PBC的距离相等,即d=AG=.设PD与平面PBC所成的角为α,则sinα==.所以PD与平面PBC所成的角为30°.方法二:(1)以A为坐标原点,射线AC为x轴的正半轴,建立如图所示的空间直角坐标系A-xyz.设C(2,0,0),D(,b,0),其中b>0,则P(0,0,2),E,B(,-b,0).于是PC=(2,0,-2),BE=,DE=,从而PC·BE=0,PC·DE=0,故PC⊥BE,PC⊥DE.又BE∩DE=E,所以PC⊥平面BDE.(2)AP=(0,0,2),AB=(,-b,0).设m=(x,y,z)为平面PAB的法向量,则m·AP=0,m·AB=0,即2z=0,且x-by=0,令x=b,则m=(b,,0).设n=(p,q,r)为平面PBC的法向量,则n·PC=0,n·BE=0,即2p-2r=0且+bq+r=0,令p=1,则r=,q=-,n=.因为面PAB⊥面PBC,故m·n=0,即b-=0,故b=,于是n=(1,-1,),DP=(-,-,2),cos〈n,DP〉==,〈n,DP〉=60°.因为PD与平面PBC所成角和〈n,DP〉互余,故PD与平面PBC所成的角为30°.3.[·福建卷]如图,在长方体ABCD-A1B1C1D1中,AA1=AD=1,E为CD中点.(1)求证:B1E⊥AD1;(2)在棱AA1上是否存在一点P,使得DP∥平面B1AE?若存在,求AP的长;若不存在,说明理由;(3)若二面角A-B1E-A1的大小为30°,求AB的长.解:(1)以A为原点,AB,AD,AA1的方向分别为x轴,y轴,z轴的正方向建立空间直角坐标系(如图).设AB=a,则A(0,0,0),D(0,1,0),D1(0,1,1),E,B1(a,0,1),故AD1=(0,1,1),B1E=,AB1=(a,0,1),AE=. AD1·B1E=-×0+1×1+(-1)×1=0,∴B1E⊥AD1.(2)假设在棱AA1上存在一点P(0,0,z0),使得DP∥平面B1AE.此时DP=(0,-1,z0).又设平面B1AE的法向量n=(x,y,z). n⊥平面B1AE,∴n⊥AB1,n⊥AE,得取x=1,得平面B1AE的一个法向量n=.要使DP∥平面B1AE,只要n⊥DP,有-az0=0,解得z0=.又DP⊄平面B1AE,∴存在点P,满足DP∥平面B1AE,此时AP=.(3)连接A1D,B1C,由长方体ABCD-A1B1C1D1及AA1=AD=1,得AD1⊥A1D. B1C∥A1D,∴AD1⊥B1C.又由(1)知B1E⊥AD1,且B1C∩B1E=B1,∴AD1⊥平面DCB1A1.∴AD1是平面A1B1E的一个法向量,此时AD1=(0,1,1).设AD1与n所成的角...