立体几何证明基础题.doc

立体几何证明基础题

一．解答题（共28小题）
1．如图，在三棱锥P﹣ABC中，PB⊥BC，AC⊥BC，点E，F，G分别为AB，BC，PC，的中点
（1）求证：PB∥平面EFG；
（2）求证：BC⊥EG．

2．如图，在三棱锥P﹣ABC中，PC⊥底面ABC，AB⊥BC，D，E分别是AB，PB的中点．
（1）求证DE∥PA
（2）求证：DE∥平面PAC；
（3）求证：AB⊥PB．

3．如图所示，△ABC为正三角形，CE⊥平面ABC，BD∥CE且CE=AC=2BD，试在AE上确定一点M，使得DM∥平面ABC．

4．如图：在四棱锥P﹣ABCD中，底面ABCD是菱形，∠ABC=60°，PA⊥平面ABCD，点M，N分别为BC，PA的中点，且PA=AB=2．
（Ⅰ）证明：BC⊥平面AMN；
（Ⅱ）求三棱锥N﹣AMC的体积；
（Ⅲ）在线段PD上是否存在一点E，使得NM∥平面ACE；若存在，求出PE的长；若不存在，说明理由．

5．如图，四棱锥P﹣ABCD的底面是边长为1的正方形，侧棱PA⊥底面ABCD，且PA=2，E是侧棱PA上的动点．
（1）求四棱锥P﹣ABCD的体积；
（2）如果E是PA的中点，求证：PC∥平面BDE；
（3）是否不论点E在侧棱PA的任何位置，都有BD⊥CE？证明你的结论．

6．已知四棱锥A﹣BCDE，其中AB=BC=AC=BE=1，CD=2，CD⊥面ABC，BE∥CD，F为AD的中点．
（Ⅰ）求证：EF∥面ABC；
（Ⅱ）求证：平面ADE⊥平面ACD；
（Ⅲ）求四棱锥A﹣BCDE的体积．

7．如图，四棱柱ABCD﹣A1B1C1D1中，平面A1ABB1⊥平面ABCD，且∠ABC=．
（1）求证：BC∥平面AB1C1；
（2）求证：平面A1ABB1⊥平面AB1C1．

8．如图，三角形ABC中，AC=BC=，ABED是边长为1的正方形，平面ABED⊥底面ABC，若G、F分别是EC、BD的中点．
（Ⅰ）求证：GF∥底面ABC；
（Ⅱ）求证：AC⊥平面EBC；
（Ⅲ）求几何体ADEBC的体积V．

9．如图，在四棱锥P﹣ABCD中，底面ABCD为直角梯形，AD||BC，PD⊥底面ABCD，
∠ADC=90°，AD=2BC，Q为AD的中点，M为棱PC的中点．
（Ⅰ）证明：PA∥平面BMQ；
（Ⅱ）已知PD=DC=AD=2，求点P到平面BMQ的距离．

10．已知直三棱柱ABC﹣A1B1C1的底面△ABC中，∠C=90°，BC=，BB1=2，O是AB1的中点，D是AC的中点，M是CC1的中点，
（1）证明：OD∥平面BB1C1C；
（2）试证：BM⊥AB1．

11．如图，在四棱锥P﹣ABCD中，四边形ABCD是平行四边形，E、F分别是AB、PC中点，求证：EF∥面PAD．

12．如图，在正方体ABCD﹣A1B1C1D1中，E是AA1的中点，求证：
（Ⅰ）A1C∥平面BDE；
（Ⅱ）平面A1AC⊥平面BDE．

13．如图，四棱锥P﹣ABCD中，底面ABCD为矩形，E为PD的中点．
（1）求证：PB∥平面AEC；
（2）若PA⊥平面ABCD，PA=AD，求证：平面AEC⊥平面PCD．

14．如图，ABCD是正方形，O是正方形的中心，PO⊥底面ABCD，E是PC的中点． 求证：
（1）PA∥平面BDE；
（2）BD⊥平面PAC．

15．如图，正四棱柱ABCD﹣A1B1C1D1，底面边长AB=1，侧棱长AA1=2．
（Ⅰ）求正四棱柱ABCD﹣A1B1C1D1的表面积；
（Ⅱ）证明：AC⊥平面BDD1B1．

16．已知正方体ABCD﹣A1B1C1D1，O是底ABCD对角线的交点．求证：
（1）C1O∥面AB1D1；
（2）A1C⊥面AB1D1．

17．如图所示，在正方体ABCD﹣A1B1C1D1中，M，E，F，N分别为A1B1，B1C1，C1D1，D1A1的中点，求证：
（1）E，F，D，B四点共面；
（2）面AMN∥平面EFDB．

18．如图，长方体ABCD﹣A1B1C1D1中，AB=AD=1，AA1=2，点P是DD1的中点．
求证：（1）直线BD1∥平面PAC
（2）①求异面直线PC与AA1所成的角．
②平面PAC⊥平面BDD1．

19．如图，在直三棱柱ABC﹣A1B1C1中，∠ACB=90°，AC=CB=CC1=2，E是AB中点．
（Ⅰ）求证：AB1⊥平面A1CE；
（Ⅱ）求直线A1C1与平面A1CE所成角的正弦值．

20．如图，在正方体ABCD﹣A1B1C1D1中，E、F、G分别是AB、AD、C1D1的中点．求证：平面D1EF∥平面BDG．

21．（文科）如图，正方体ABCD﹣A1B1C1D1中，M，N，E，F分别是棱A1B1，A1D1，B1C1，C1D1的中点，
求证：平面AMN∥平面EFDB．

22．如图，在四棱锥P﹣ABCD中，侧面PAD是正三角形，且与底面ABCD垂直，底面ABCD是边长为2的菱形，∠BAD=60°，N是PB的中点，过A、D、N三点的平面交PC于M，E为AD的中点，求证：
（1）EN∥平面PDC；
（2）BC⊥平面PEB；
（3）平面PBC⊥平面ADMN．

23．如图，在正三棱锥P﹣ABC中，D，E分别是AB，BC的中点．
（1）求证：DE∥平面PAC；（2）求证：AB⊥PC．

24．如图所示，在四棱锥P﹣ABCD中，底面是边长为1的正方形，侧棱PD=1，PA=PC=．
（1）求证：PD⊥平面ABCD；
（2）求证：平面PAC⊥平面PBD．

25．如图，在三棱柱ABC﹣A1B1C1中，侧棱AA1⊥底面ABC，AB⊥BC，D为AC的中点，A1A=AB=2．
（1）求证：AB1∥平面BC1D；
（2）过点B作BE⊥AC于点E，求证：直线BE⊥平面AA1C1C
（3）若四棱锥B﹣AA1C1D的体积为3，求BC的长度．

26．如图，已知四棱锥P﹣ABCD的底面ABCD是菱形，PA⊥平面ABCD，点F为PC的中点．
（1）求证：PA∥平面BDF；
（2）求证：PC⊥BD．

27．如图，在正方体ABCD﹣A1B1C1D1中，E是CC1的中点．
（1）求证：AC1⊥BD．
（2）求证：AC1∥平面BDE．

28．已知空间四边形ABCD（如图所示），E、F分别是AB、AD的中点，G、H分别是BC、CD上的点，且CG=BC，CH=DC．求证：
①E、F、G、H四点共面；
②三直线FH、EG、AC共点．

立体几何证明基础题
参考答案与试题解析

一．解答题（共28小题）
1．如图，在三棱锥P﹣ABC中，PB⊥BC，AC⊥BC，点E，F，G分别为AB，BC，PC，的中点
（1）求证：PB∥平面EFG；
（2）求证：BC⊥EG．

【分析】（1）推导出GF∥PB，由此能证明PB∥平面EFG．
（2）推导出EF⊥BC，GF⊥BC，从而BC⊥平面EFG，由此能证明BC⊥EG．
【解答】证明：（1）∵点F，G分别为BC，PC，的中点，
∴GF∥PB，
∵PB⊄平面EFG，FG⊂平面EFG，
∴PB∥平面EFG．
（2）∵在三棱锥P﹣ABC中，PB⊥BC，AC⊥BC，
点E，F，G分别为AB，BC，PC，的中点，
∴EF∥AC，GF∥PB，
∴EF⊥BC，GF⊥BC，
∵EF∩FG=F，∴BC⊥平面EFG，
∵EG⊂平面EFG，∴BC⊥EG．
【点评】本题考查线面平行、线线垂直的证明，考查空间中线线、线面、面面间的位置关系等基础知识，考查运算求解能力，是中档题．

2．如图，在三棱锥P﹣ABC中，PC⊥底面ABC，AB⊥BC，D，E分别是AB，PB的中点．
（1）求证DE∥PA
（2）求证：DE∥平面PAC；
（3）求证：AB⊥PB．

【分析】（1）由D，E分别是AB，PB的中点，能证明DE∥PA．
（2）由PA⊂平面PAC，DE∥PA，且DE⊄平面PAC，能证明DE∥平面PAC．
（3）推导出AB⊥PC，AB⊥BC，得AB⊥平面PBC，由此能证明AB⊥PB．
【解答】证明：（1）因为D，E分别是AB，PB的中点，所以DE∥PA．
（2）因为PA⊂平面PAC，DE∥PA，且DE⊄平面PAC，
所以DE∥平面PAC．
（3）因为PC⊥平面ABC，且AB⊂平面ABC，
所以AB⊥PC．
又因为AB⊥BC，且PC∩BC=C．
所以AB⊥平面PBC．
又因为PB⊂平面PBC，所以AB⊥PB．

【点评】本题考查线线平行、线面平行、线线垂直的证明，考查空间中线线、线面、面面间的位置关系等基础知识，考查推理论证能力、运算求解能力，考查化归与转化思想、函数与方程思想，是基础题．

3．如图所示，△ABC为正三角形，CE⊥平面ABC，BD∥CE且CE=AC=2BD，试在AE上确定一点M，使得DM∥平面ABC．

【分析】AE中点为M，取AC中点为N，通过证明四边形MNBD是平行四边形得出DM∥BN，从而可得DM∥平面ABC．
【解答】解：取AE中点为M，取AC中点为N，连结MD，MN，NB，
在△ABC中，∵M，N分别是边AC，AE的中点，∴CE=2MN且MN∥CE，
又∵CE=2BD且BD∥CE，
∴MN∥BD且MN=BD，
∴四边形BDMN是平行四边形．
∴DM∥BN，
又∵BN⊂平面ABC，DM⊄平面ABC，
∴DM∥平面ABC．
故M为AE的中点时，DM∥平面ABC．

【点评】本题考查了线面平行的判定，属于基础题．

4．如图：在四棱锥P﹣ABCD中，底面ABCD是菱形，∠ABC=60°，PA⊥平面ABCD，点M，N分别为BC，PA的中点，且PA=AB=2．
（Ⅰ）证明：BC⊥平面AMN；
（Ⅱ）求三棱锥N﹣AMC的体积；
（Ⅲ）在线段PD上是否存在一点E，使得NM∥平面ACE；若存在，求出PE的长；若不存在，说明理由．

【分析】（I）要证线与面垂直，只要证明线与面上的两条相交线垂直，找面上的两条线，根据四边形是一个菱形，从菱形出发找到一条，再从PA⊥平面ABCD，得到结论．
（II）要求三棱锥的体积，首先根据所给的体积确定用哪一个面做底面，会使得计算简单一些，选择三角形AMC，做出底面面积，利用体积公式得到结果．
（III）对于这种是否存在的问题，首先要观察出结论，再进行证明，根据线面平行的判定定理，利用中位线确定线与线平行，得到结论．
【解答】解：（Ⅰ）证明：∵ABCD为菱形，
∴AB=BC
又∠ABC=60°，
∴AB=BC=AC，
又M为BC中点，∴BC⊥AM
而PA⊥平面ABCD，BC⊂平面ABCD，∴PA⊥BC
又PA∩AM=A，∴BC⊥平面AMN
（II）∵
又PA⊥底面ABCD，PA=2，∴AN=1
∴三棱锥N﹣AMC的体积S△AMC•AN
=
（III）存在点E，
取PD中点E，连接NE，EC，AE，
∵N，E分别为PA，PD中点，
∴
又在菱形ABCD中，
∴，即MCEN是平行四边形
∴NM∥EC，
又EC⊂平面ACE，NM⊄平面ACE
∴MN∥平面ACE，
即在PD上存在一点E，使得NM∥平面ACE，
此时．

【点评】本题考查空间中直线与平面之间的位置关系，是一个非常适合作为高考题目出现的问题，题目包含的知识点比较全面，重点突出，是一个好题．

5．如图，四棱锥P﹣ABCD的底面是边长为1的正方形，侧棱PA⊥底面ABCD，且PA=2，E是侧棱PA上的动点．
（1）求四棱锥P﹣ABCD的体积；
（2）如果E是PA的中点，求证：PC∥平面BDE；
（3）是否不论点E在侧棱PA的任何位置，都有BD⊥CE？证明你的结论．

【分析】（1）利用四棱锥的体积计算公式即可；
（2）利用三角形的中位线定理和线面平行的判定定理即可证明；
（3）利用线面垂直的判定和性质即可证明．
【解答】解：（1）∵PA⊥底面ABCD，∴PA为此四棱锥底面上的高．
∴V四棱锥P﹣ABCD==．
（2）连接AC交BD于O，连接OE．
∵四边形ABCD是正方形，∴AO=OC，
又∵AE=EP，∴OE∥PC．
又∵PC⊄平面BDE，OE⊂平面BDE．
∴PC∥平面BDE．
（3）不论点E在侧棱PA的任何位置，都有BD⊥CE．
证明：∵四边形ABCD是正方形，∴BD⊥AC．
∵PA⊥底面ABCD，∴PA⊥BD．
又∵PA∩AC=A，
∴BD⊥平面PAC．
∵CE⊂平面PAC．
∴BD⊥CE．

【点评】熟练掌握线面平行、垂直的判定和性质定理及四棱锥的体积计算公式是解题的关键．

6．已知四棱锥A﹣BCDE，其中AB=BC=AC=BE=1，CD=2，CD⊥面ABC，BE∥CD，F为AD的中点．
（Ⅰ）求证：EF∥面ABC；
（Ⅱ）求证：平面ADE⊥平面ACD；
（Ⅲ）求四棱锥A﹣BCDE的体积．

【分析】（Ⅰ）取AC中点G，连接FG、BG，根据三角形中位线定理，得到四边形FGBE为平行四边形，进而得到EF∥BG，再结合线面平行的判定定理得到EF∥面ABC；
（Ⅱ）根据已知中△ABC为等边三角形，G为AC的中点，DC⊥面ABC得到BG⊥AC，DC⊥BG，根据线面垂直的判定定理得到BG⊥面ADC，则EF⊥面ADC，再由面面垂直的判定定理，可得面ADE⊥面ACD；
（Ⅲ）方法一：四棱锥四棱锥A﹣BCDE分为两个三棱锥E﹣ABC和E﹣ADC，分别求出三棱锥E﹣ABC和E﹣ADC的体积，即可得到四棱锥A﹣BCDE的体积．
方法二：取BC的中点为O，连接AO，可证AO⊥平面BCDE，即AO为VA﹣BCDE的高，求出底面面积和高代入棱锥体积公式即可求出四棱锥A﹣BCDE的体积．
【解答】证明：（Ⅰ）取AC中点G，连接FG、BG，
∵F，G分别是AD，AC的中点
∴FG∥CD，且FG=DC=1．
∵BE∥CD∴FG与BE平行且相等
∴EF∥BG．
EF⊄面ABC，BG⊂面ABC
∴EF∥面ABC…（4分）
（Ⅱ）∵△ABC为等边三角形∴BG⊥AC
又∵DC⊥面ABC，BG⊂面ABC∴DC⊥BG
∴BG垂直于面ADC的两条相交直线AC，DC，
∴BG⊥面ADC． …（6分）
∵EF∥BG
∴EF⊥面ADC
∵EF⊂面ADE，∴面ADE⊥面ADC． …（8分）
解：（Ⅲ）
方法一：连接EC，该四棱锥分为两个三棱锥E﹣ABC和E﹣ADC．
．…（12分）
方法二：取BC的中点为O，连接AO，则AO⊥BC，又CD⊥平面ABC，
∴CD⊥AO，BC∩CD=C，∴AO⊥平面BCDE，
∴AO为VA﹣BCDE的高，，∴．

【点评】本题考查的知识点是直线与平面平行的判定，平面与平面垂直的判定，棱锥的体积，其中熟练掌握空间线面平行或垂直的判定、性质、定义、几何特征是解答此类问题的关键．

7．如图，四棱柱ABCD﹣A1B1C1D1中，平面A1ABB1⊥平面ABCD，且∠ABC=．
（1）求证：BC∥平面AB1C1；
（2）求证：平面A1ABB1⊥平面AB1C1．

【分析】（1）根据BC∥B1C1，且B1C1⊂平面AB1C1，BC⊄平面AB1C1，依据线面平行的判定定理推断出BC∥平面AB1C1．
（2）平面A1ABB1⊥平面ABCD，平面ABCD∥平面A1B1C1D1，推断出平面A1ABB1⊥平面A1B1C1D1，又平面A1ABB1∩平面A1B1C1D1=A1B1，A1B1⊥C1B1，C1B1⊂平面AB1C1，根据面面垂直的性质推断出平面A1ABB1⊥平面AB1C1．
【解答】证明：（1）∵BC∥B1C1，且B1C1⊂平面AB1C1，BC⊄平面AB1C1，
∴BC∥平面AB1C1．
（2）∵平面A1ABB1⊥平面ABCD，平面ABCD∥平面A1B1C1D1，
∴平面A1ABB1⊥平面A1B1C1D1，
∵平面A1ABB1∩平面A1B1C1D1=A1B1，A1B1⊥C1B1，
∴C1B1⊂平面AB1C1，
∴平面A1ABB1⊥平面AB1C1．
【点评】本题主要考查了线面平行和面面垂直的判定定理．注重了对基础知识的考查．

8．如图，三角形ABC中，AC=BC=，ABED是边长为1的正方形，平面ABED⊥底面ABC，若G、F分别是EC、BD的中点．
（Ⅰ）求证：GF∥底面ABC；
（Ⅱ）求证：AC⊥平面EBC；
（Ⅲ）求几何体ADEBC的体积V．

【分析】（1）证法一：证明一条直线与一个平面平行，除了可以根据直线与平面平行的判定定理以外，通常还可以通过平面与平面平行进行转化，比如取BE的中点H，连接HF、GH，根据中位线定理易证得：平面HGF∥平面ABC，进一步可得：GF∥平面ABC．
证法二：根据直线与平面平行的判定定理可知：如果不在一个平面内的一条直线和平面内的一条直线平行，那么直线和这个平面平行．故只需在平面ABC中找到与GF平行的直线即可．因为G、F分别是EC、BD的中点，故平移是可以通过构造特殊的四边形、三角形来实现．
证法三：根据直线与平面平行的判定定理可知：如果不在一个平面内的一条直线和平面内的一条直线平行，那么直线和这个平面平行．故只需在平面ABC中找到与GF平行的直线即可．因为G、F分别是EC、BD的中点，所以构造中位线是常用的找到平行直线的方法．
（2）证明直线与平面垂直，关键要找到两条相交直线与之都垂直．有时候题目中没有现成的直线与直线垂直，需要我们先通过直线与平面垂直或者平面与平面垂直去转化一下．由第一问可知：GF∥平面ABC，而平面ABED⊥平面ABC，所以BE⊥平面ABC，所以BE⊥AC；又由勾股定理可以证明：AC⊥BC．
（3）解决棱锥、棱柱求体积的问题，关键在于找到合适的高与对应的底面，切忌不审图形，盲目求解；根据平面与平面垂直的性质定理可知：CN⊥平面ABED，而ABED是边长为1的正方形，进一步即可以求得体积．
【解答】解：（I）证法一：取BE的中点H，连接HF、GH，（如图）

∵G、F分别是EC和BD的中点
∴HG∥BC，HF∥DE，（2分）
又∵ADEB为正方形∴DE∥AB，从而HF∥AB
∴HF∥平面ABC，HG∥平面ABC，HF∩HG=H，
∴平面HGF∥平面ABC
∴GF∥平面ABC（5分）
证法二：取BC的中点M，AB的中点N连接GM、FN、MN
（如图）

∵G、F分别是EC和BD的中点
∴（2分）
又∵ADEB为正方形∴BE∥AD，BE=AD
∴GM∥NF且GM=NF
∴MNFG为平行四边形
∴GF∥MN，又MN⊂平面ABC，
∴GF∥平面ABC（5分）
证法三：连接AE，
∵ADEB为正方形，
∴AE∩BD=F，且F是AE中点，（2分）
∴GF∥AC，
又AC⊂平面ABC，
∴GF∥平面ABC（5分）
（Ⅱ）∵ADEB为正方形，∴EB⊥AB，∴GF∥平面ABC（5分）
又∵平面ABED⊥平面ABC，∴BE⊥平面ABC（7分）
∴BE⊥AC
又∵CA2+CB2=AB2
∴AC⊥BC，
∵BC∩BE=B，
∴AC⊥平面BCE（9分）
（Ⅲ）连接CN，因为AC=BC，∴CN⊥AB，（10分）
又平面ABED⊥平面ABC，CN⊂平面ABC，∴CN⊥平面ABED．（11分）
∵三角形ABC是等腰直角三角形，∴，（12分）
∵C﹣ABED是四棱锥，
∴VC﹣ABED==（14分）
【点评】本小题主要考查空间线面关系、面面关系、几何体的体积等知识，考查数形结合、化归与转化的数学思想方法，以及空间想象能力、推理论证能力和运算求解能力．

9．如图，在四棱锥P﹣ABCD中，底面ABCD为直角梯形，AD||BC，PD⊥底面ABCD，
∠ADC=90°，AD=2BC，Q为AD的中点，M为棱PC的中点．
（Ⅰ）证明：PA∥平面BMQ；
（Ⅱ）已知PD=DC=AD=2，求点P到平面BMQ的距离．

【分析】（1）连结AC交BQ于N，连结MN，只要证明MN∥PA，利用线面平行的判定定理可证；
（2）由（1）可知，PA∥平面BMQ，所以点P到平面BMQ的距离等于点A到平面BMQ的距离．
【解答】解：（1）连结AC交BQ于N，连结MN，因为∠ADC=90°，Q为AD的中点，所以N为AC的中点．…（2分）
当M为PC的中点，即PM=MC时，MN为△PAC的中位线，
故MN∥PA，又MN⊂平面BMQ，所以PA∥平面BMQ．…（5分）
（2）由（1）可知，PA∥平面BMQ，所以点P到平面BMQ的距离等于点A到平面BMQ的距离，所以VP﹣BMQ=VA﹣BMQ=VM﹣ABQ，
取CD的中点K，连结MK，所以MK∥PD，，…（7分）
又PD⊥底面ABCD，所以MK⊥底面ABCD．
又，PD=CD=2，所以AQ=1，BQ=2，，…（10分）
所以VP﹣BMQ=VA﹣BMQ=VM﹣ABQ=.，…（11分）
则点P到平面BMQ的距离d=…（12分）

【点评】本题考查了线面平行的判定定理的运用以及利用三棱锥的体积求点到直线的距离．

10．已知直三棱柱ABC﹣A1B1C1的底面△ABC中，∠C=90°，BC=，BB1=2，O是AB1的中点，D是AC的中点，M是CC1的中点，
（1）证明：OD∥平面BB1C1C；
（2）试证：BM⊥AB1．

【分析】（1）连B1C利用中位线的性质推断出OD∥B1C，进而根据线面平行的判定定理证明出OD∥平面BB1C1C．
（2）先利用线面垂直的性质判断出CC1⊥AC，进而根据线面垂直的判定定理证明出AC⊥平面BB1C1C，进而可知AC⊥MB．利用证明△BCD∽△B1BC，推断出∠CBM=∠BB1C，推断出BM⊥B1C，最后利用线面垂直的判定定理证明出BM⊥平面AB1C，进而可知BM⊥AB1．
【解答】证明：（1）连B1C，∵O为AB1中点，D为AC中点，
∴OD∥B1C，
又B1C⊂平面BB1C1C，OD⊄平面BB1C1C，
∴OD∥平面BB1C1C．
（2）连接B1C，
∵直三棱柱ABC﹣A1B1C1，∴CC1⊥平面ABC
AC⊂平面ABC，
∴CC1⊥AC，
又AC⊥BC，CC1，BC⊂平面BB1C1C，
∴AC⊥平面BB1C1C，BM⊂平面BB1C1C，
∴AC⊥MB．
在Rt△BCM与Rt△B1BC中，==，
∴△BMC∽△B1BC，
∴∠CBM=∠BB1C，
∴∠BB1C+∠B1BM=∠CBM+∠B1BM=90°，
∴BM⊥B1C，
AC，B1C⊂平面AB1C，
∴BM⊥AB1C，
∵AB1⊂平面AB1C，
∴BM⊥AB1．
【点评】本题主要考查了线面平行和线面垂直的判定定理的应用．证明线线平行和线线垂直是解题的关键．

11．如图，在四棱锥P﹣ABCD中，四边形ABCD是平行四边形，E、F分别是AB、PC中点，求证：EF∥面PAD．

【分析】取PD的中点G，连接FG、AG，由PF=CF，PG=DG，所以FG∥CD，且FG=CD．又因为四边形ABCD是平行四边形，且E是AB的中点．所以AE∥CD，且AE=CD．证得四边形EFGA是平行四边形，所以EF∥AG，由线面平行的判定定理即可得证．
【解答】证明：取PD的中点G，连接FG、AG．
因为PF=CF，PG=DG，
所以FG∥CD，且FG=CD．
又因为四边形ABCD是平行四边形，且E是AB的中点．
所以AE∥CD，且AE=CD．
所以FG∥AE，且FG=AE，
所以四边形EFGA是平行四边形，
所以EF∥AG．
又因为EF⊄平面PAD，AG⊂平面PAD，
所以EF∥平面PAD．

【点评】本题考查直线与平面平行的证明，解题时要认真审题，仔细解答，注意等价转化思想的合理运用．

12．如图，在正方体ABCD﹣A1B1C1D1中，E是AA1的中点，求证：
（Ⅰ）A1C∥平面BDE；
（Ⅱ）平面A1AC⊥平面BDE．

【分析】（Ⅰ）连接AC交BD于O，连接EO，△A1AC中利用中位线，得EO∥A1C．再结合线面平行的判定定理，可得A1C∥平面BDE；
（II）根据正方体的侧棱垂直于底面，结合线面垂直的定义，得到AA1⊥BD．再结合正方形的对角线互相垂直，得到AC⊥BD，从而得到BD⊥平面A1AC，最后利用面面垂直的判定定理，可以证出平面A1AC⊥平面BDE．
【解答】证明：（Ⅰ）连接AC交BD于O，连接EO，
∵E为AA1的中点，O为AC的中点
∴EO为△A1AC的中位线
∴EO∥A1C
又∵EO⊂平面BDE，A1C⊄平面BDE
∴A1C∥平面BDE；…（6分）
（Ⅱ）∵AA1⊥平面ABCD，BD⊂平面ABCD
∴AA1⊥BD
又∵四边形ABCD是正方形
∴AC⊥BD，
∵AA1∩AC=A，AA1、AC⊂平面A1AC
∴BD⊥平面A1AC
又∵BD⊂平面BDE
∴平面A1AC⊥平面BDE．…（12分）

【点评】本题以正方体为例，要求我们证明线面平行和面面垂直，着重考查了空间直线与平面的位置关系和平面与平面位置关系等知识点，属于基础题．

13．如图，四棱锥P﹣ABCD中，底面ABCD为矩形，E为PD的中点．
（1）求证：PB∥平面AEC；
（2）若PA⊥平面ABCD，PA=AD，求证：平面AEC⊥平面PCD．

【分析】（1）连接BD交AC于O点，连接EO，只要证明EO∥PB，即可证明PB∥平面AEC；
（2）要证平面PDC⊥平面AEC，需要证明CD⊥AE，AE⊥PD，即垂直平面AEC内的两条相交直线．
【解答】证明：（1）连接BD交AC于O点，连接EO，
∵O为BD中点，E为PD中点，
∴EO∥PB，
又EO⊂平面AEC，PB⊄平面AEC，
∴PB∥平面AEC．
（2）∵PA⊥平面ABCD，CD⊂平面ABCD，
∴PA⊥CD，
又AD⊥CD，且AD∩PA=A，
∴CD⊥平面PAD，又AE⊂平面PAD，
∴CD⊥AE．
∵PA=AD，E为PD中点，
∴AE⊥PD．
又CD∩PD=D，
∴AE⊥平面PDC，
又AE⊂平面PAD，
∴平面PDC⊥平面AEC．

【点评】本题考查了线面平行，面面垂直的判定定理，属于基础题．

14．如图，ABCD是正方形，O是正方形的中心，PO⊥底面ABCD，E是PC的中点． 求证：
（1）PA∥平面BDE；
（2）BD⊥平面PAC．

【分析】（1）连接OE，根据三角形中位线定理，可得PA∥EO，进而根据线面平行的判定定理，得到PA∥平面BDE．
（2）根据线面垂直的定义，可由PO⊥底面ABCD得到BD⊥PO，结合四边形ABCD是正方形及线面垂直的判定定理可得BD⊥平面PAC
【解答】证明（1）连接OE，
在△CAP中，CO=OA，CE=EP，
∴PA∥EO，
又∵PA⊄平面BDE，EO⊂平面BDE，
∴PA∥平面BDE．
（2）∵PO⊥底面ABCD，BD⊂平面ABCD，
∴BD⊥PO
又∵四边形ABCD是正方形，
∴BD⊥AC
∵AC∩PO=O，AC，PO⊂平面PAC
∴BD⊥平面PAC
【点评】本题考查的知识点是直线与平面平行的判定，直线与平面垂直的判定，熟练掌握空间线面关系的判定定理是解答的关键．

15．如图，正四棱柱ABCD﹣A1B1C1D1，底面边长AB=1，侧棱长AA1=2．
（Ⅰ）求正四棱柱ABCD﹣A1B1C1D1的表面积；
（Ⅱ）证明：AC⊥平面BDD1B1．

【分析】（I）求出各面的面积即可得出表面积；
（II）根据BB1⊥平面ABCD可得AC⊥BB1，根据正方形ABCD的性质可得AC⊥BD，从而有AC⊥平面BDD1B1．
【解答】解：（I）正四棱柱的表面积为1×1×2+1×2×4=10．
（II）连接AC，BD，B1D1，
∵BB1⊥平面ABCD，AC⊂平面ABCD，
∴AC⊥BB1，
∵四边形ABCD是正方形，
∴AC⊥BD，
又BD⊂平面BDD1B1，BB1⊂平面BDD1B1，BD∩BB1=B，
∴AC⊥平面BDD1B1．

【点评】本题考查了直棱柱的结构特征，线面垂直的判定，属于基础题．

16．已知正方体ABCD﹣A1B1C1D1，O是底ABCD对角线的交点．求证：
（1）C1O∥面AB1D1；
（2）A1C⊥面AB1D1．

【分析】（1）欲证C1O∥面AB1D1，根据直线与平面平行的判定定理可知只需证C1O与面AB1D1内一直线平行，连接A1C1，设A1C1∩B1D1=O1，连接AO1，易得C1O∥AO1，AO1⊂面AB1D1，C1O⊄面AB1D1，满足定理所需条件；
（2）欲证A1C⊥面AB1D1，根据直线与平面垂直的判定定理可知只需证A1C与面AB1D1内两相交直线垂直根据线面垂直的性质可知A1C⊥B1D1，同理可证A1C⊥AB1，又D1B1∩AB1=B1，满足定理所需条件．
【解答】证明：（1）连接A1C1，设A1C1∩B1D1=O1，连接AO1，
∵ABCD﹣A1B1C1D1是正方体，
∴A1ACC1是平行四边形，
∴A1C1∥AC且A1C1=AC，
又O1，O分别是A1C1，AC的中点，
∴O1C1∥AO且O1C1=AO，
∴AOC1O1是平行四边形，
∴C1O∥AO1，AO1⊂面AB1D1，C1O⊄面AB1D1，
∴C1O∥面AB1D1；
（2）∵CC1⊥面A1B1C1D1∴CC1⊥B1D!，
又∵A1C1⊥B1D1，∴B1D1⊥面A1C1C，即A1C⊥B1D1，
∵A1B⊥AB1，BC⊥AB1，又A1B∩BC=B，
AB1⊥平面A1BC，又A1C⊂平面A1BC，
∴A1C⊥AB1，又D1B1∩AB1=B1，
∴A1C⊥面AB1D1

【点评】本题主要考查了线面平行、线面垂直的判定定理，考查对基础知识的综合应用能力和基本定理的掌握能力．

17．如图所示，在正方体ABCD﹣A1B1C1D1中，M，E，F，N分别为A1B1，B1C1，C1D1，D1A1的中点，求证：
（1）E，F，D，B四点共面；
（2）面AMN∥平面EFDB．

【分析】（1）由E，E分别是B1C1，C1D1的中点，知EF∥B1D1，从而得到EF∥BD，由此能证明E，F，B，D，四点共面．
（2）由题设条件推导出MN∥EF，AN∥CF，由此能够证明面MAN∥面EFDB．
【解答】证明：（1）∵E，E分别是B1C1，C1D1的中点，
∴EF∥B1D1，
∵B1D1∥BD，∴EF∥BD，
∴E，F，B，D，四点共面．
（2）∵M，N分别是A1B1，D1A1的中点，
∴MN∥B1D1，
∵EF∥B1D1，∴MN∥EF，
∵F，N分别是D1C1、A1B1的中点，
∴NFA1D1，
∵，∴NFAC，
∴四边形NFCA是平行四边形，
∴AN∥CF，
∵MN∩AN=N，EF∩DF=F，
∴面MAN∥面EFDB．

【点评】本题考查四点共面的证明，考查两个平面平行的证明．解题时要认真审题，注意中位线定理和平行公理的合理运用．

18．如图，长方体ABCD﹣A1B1C1D1中，AB=AD=1，AA1=2，点P是DD1的中点．
求证：（1）直线BD1∥平面PAC
（2）①求异面直线PC与AA1所成的角．
②平面PAC⊥平面BDD1．

【分析】（1）连接BD，交AC于O，连接PO，由三角形的中位线定理和线面平行的判定定理，即可得证；
（2）①连接PC1，AA1∥CC1，∠C1CP即为异面直线PC与AA1所成的角，分别求出△C1CP的三边，由解三角形即可得到所求角；
②运用正方形的对角线垂直和线面垂直的性质定理，可得AC⊥平面BDD1B1，再由面面垂直的判定定理，即可得证．
【解答】（1）证明：连接BD，交AC于O，连接PO，
在△BDD1中，OP为中位线，
可得OP∥BD1，
又OP⊂平面PAC，BD1⊄平面PAC，
则直线BD1∥平面PAC；
（2）①连接PC1，AA1∥CC1，
∠C1CP即为异面直线PC与AA1所成的角，
在△C1CP中，C1C=2，PC===，
PC1===，
由PC2+PC12=CC12，可得△C1CP为等腰直角三角形，
则异面直线PC与AA1所成的角为45°；
②证明：在底面ABCD中，AB=AD，
即有四边形ABCD为正方形，
可得AC⊥BD，
D1D⊥平面ABCD，AC⊂平面ABCD，
即有D1D⊥AC，
D1D∩BD=D，
可得AC⊥平面BDD1B1，
AC⊂平面PAC，
则平面PAC⊥平面BDD1．

【点评】本题考查线面平行的判定，注意运用中位线定理和线面平行的判定定理，考查异面直线所成角的求法，注意运用平移法，考查面面垂直的判定，注意运用线面垂直的判定和性质，考查空间想象能力和推理能力，属于基础题．

19．如图，在直三棱柱ABC﹣A1B1C1中，∠ACB=90°，AC=CB=CC1=2，E是AB中点．
（Ⅰ）求证：AB1⊥平面A1CE；
（Ⅱ）求直线A1C1与平面A1CE所成角的正弦值．

【分析】（Ⅰ）由ABC﹣A1B1C1是直三棱柱，可知CC1⊥AC，CC1⊥BC，∠ACB=90°，AC⊥BC．建立空间直角坐标系C﹣xyz．则A，B1，E，A1，可得，，，可知，
根据，，推断出AB1⊥CE，AB1⊥CA1，根据线面垂直的判定定理可知AB1⊥平面A1CE．
（Ⅱ）由（Ⅰ）知是平面A1CE的法向量，，进而利用向量数量积求得直线A1C1与平面A1CE所成角的正弦值
【解答】（Ⅰ）证明：∵ABC﹣A1B1C1是直三棱柱，
∴CC1⊥AC，CC1⊥BC，
又∠ACB=90°，
即AC⊥BC．
如图所示，建立空间直角坐标系C﹣xyz．A（2，0，0），B1（0，2，2），E（1，1，0），A1（2，0，2），
∴，，．
又因为 ，，
∴AB1⊥CE，AB1⊥CA1，AB1⊥平面A1CE．
（Ⅱ）解：由（Ⅰ）知，是平面A1CE的法向量，，
∴|cos＜，＞|==．
设直线A1C1与平面A1CE所成的角为θ，则sinθ=|cos＜，＞|=．
所以直线A1C1与平面A1CE所成角的正弦值为．
【点评】本题主要考查了线面垂直的判定定理，向量的数量积的运用，法向量的运用．综合考查了学生所学知识的灵活运用．

20．如图，在正方体ABCD﹣A1B1C1D1中，E、F、G分别是AB、AD、C1D1的中点．求证：平面D1EF∥平面BDG．

【分析】欲证平面D1EF∥平面BDG，根据面面平行的判定定理可知只需在一个平面内找两相交直线与另一平面平行，EF∥BD又EF⊄平面BDG，BD⊂平面BDG根据线面平行的性质可知EF∥平面BDG，同理可证D1E∥平面BDG，EF∩D1E=E，满足定理条件．
【解答】证明：∵E、F分别是AB、AD的中点，∴EF∥BD
又EF⊄平面BDG，BD⊂平面BDG∴EF∥平面BDG
∵D1GEB∴四边形D1GBE为平行四边形，D1E∥GB
又D1E⊄平面BDG，GB⊂平面BDG
∴D1E∥平面BDG，EF∩D1E=E，
∴平面D1EF∥平面BDG
【点评】本小题主要考查空间中的线面关系，考查线面平行的判定，考查识图能力和逻辑思维能力与推理论证能力，考查转化思想，属于基础题．

21．（文科）如图，正