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    新高考数学一轮复习讲义 第34讲 空间直线、平面的垂直(2份打包,原卷版+含解析)

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    新高考数学一轮复习讲义 第34讲 空间直线、平面的垂直(2份打包,原卷版+含解析)

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    这是一份新高考数学一轮复习讲义 第34讲 空间直线、平面的垂直(2份打包,原卷版+含解析),文件包含新高考数学一轮复习讲义第34讲空间直线平面的垂直原卷版doc、新高考数学一轮复习讲义第34讲空间直线平面的垂直含解析doc等2份试卷配套教学资源,其中试卷共101页, 欢迎下载使用。


    一、知识点梳理
    一、直线与平面垂直的定义
    如果一条直线和这个平面内的任意一条直线都垂直,那称这条直线和这个平面相互垂直.
    二、判定定理
    三、性质定理
    四、平面与平面垂直
    如果两个相交平面的交线与第三个平面垂直,又这两个平面与第三个平面相交所得的两条交线互相垂直.(如图所示,若,且,则)
    一般地,两个平面相交,如果它们所成的二面角是直二面角,就说这两个平面互相垂直.
    五、判定定理
    六、性质定理
    【常用结论】
    1.证明线线垂直的方法
    ①等腰三角形底边上的中线是高;
    ②勾股定理逆定理;
    ③菱形对角线互相垂直;
    ④直径所对的圆周角是直角;
    ⑤向量的数量积为零;
    ⑥线面垂直的性质;
    ⑦平行线垂直直线的传递性().
    2.证明线面垂直的方法
    ①线面垂直的定义;
    ②线面垂直的判定();
    ③面面垂直的性质();
    平行线垂直平面的传递性();
    ⑤面面垂直的性质().
    3.证明面面垂直的方法
    ①面面垂直的定义;
    ②面面垂直的判定定理().
    二、题型分类精讲
    题型一 垂直性质的简单判定
    策略方法
    此类问题可以转化为一个正方体的棱、面等,进而进行排除.
    【典例1】(单选题)若l为一条直线,为三个互不重合的平面,则下列命题正确的是( )
    A.B.若
    C.D.若
    【答案】C
    【分析】根据线面,面面,平行,垂直的性质与判定判断即可.
    【详解】对A,若可能相交也可能平行,故A项不正确;
    对BD,则可能有,故B,D项不正确;
    对C,则必有,故C项正确.
    故选:C
    【题型训练】
    一、单选题
    1.若、是两个不重合的平面,
    ①若内的两条相交直线分别平行于内的两条直线,则;
    ②设、相交于直线,若内有一条直线垂直于,则;
    ③若外一条直线与内的一条直线平行,则;
    以上说法中成立的有( )个.
    A.0B.1C.2D.3
    【答案】C
    【分析】利用直线与平面平行的判定定理,平面与平面平行的判定定理,平面与平面垂直的判定定理判定即可.
    【详解】对于①,设平面,且,
    由直线与平面平行的判定定理可知,,
    再由平面与平面平行的判定定理可知,则①正确;
    对于②,设、交于直线,若内有一条直线垂直于,
    则、可能垂直也可能不垂直,则②错误;
    对于③,由直线与平面平行的判定定理可知,则③正确,
    故选:.
    2.已知,是两条不同的直线,,是两个不同的平面,有以下四个命题:
    ①若∥,,则∥, ②若,,则,
    ③若,,则∥, ④若,,,则
    其中正确的命题是( )
    A.②③B.②④C.①③D.①②
    【答案】A
    【分析】对于①,由线面平行的判定定理分析判断,对于②,由面面垂直的判定定理分析判断,对于③,由线面垂直的性质分析判断,对于④,举例判断
    【详解】对于①,当∥,时,∥或,所以①错误,
    对于②,当,时,由面面垂直的判定定理可得,所以②正确,
    对于③,当,时,有∥,所以③正确,
    对于④,当,,时,如图所示,∥,所以④错误,
    故选:A
    3.已知,,是3条不同的直线,,,是3个不同的平面,则下列命题中正确的是( )
    A.若,,则
    B.若,,,则
    C.若,,则
    D.若,,则
    【答案】C
    【分析】利用垂直于同一直线的两条直线的位置关系可判断A;利用面面垂直的性质可判断B;利用面面垂直的判定可判断C;利用垂直于同一平面的两个平面的位置关系可判断D.
    【详解】对于A,由,,在同一个平面可得,在空间不成立,故A错误;
    对于B,由面面垂直的性质定理知缺少“”,故B错误;
    对于C,若,,则,故C正确;
    对于D,当三个平面,,两两垂直时,结论错误,故D错误.
    故选:C.
    4.设,,是三条不同的直线,,,是三个不同的平面,有下列命题中,真命题为( )
    A.若,,则
    B.若,,则
    C.若,,,则
    D.若,,则
    【答案】C
    【分析】根据线面位置关系的性质定理与判定定理一一判定即可.
    【详解】对于A,若,,则或相交或异面,错误;
    对于B,若,,则或相交,错误;
    对于C,若,,则,又,则,正确;
    对于D,若,,则或,错误.
    故选:C.
    5.设,,是三条不同的直线,,,是三个不同的平面,有下列命题中,真命题为( )
    A.若,,则B.若,,则
    C.若,,则D.若,,则
    【答案】C
    【分析】由线线垂直、线面平行、线面垂直、面面垂直的理论逐一判断即可求解.
    【详解】对于A选项:不妨设平面,,平面,平面,则有,,但与不垂直,故A选项错误.
    对于B选项:若,,则或与相交,即与不一定垂直,故B选项错误.
    对于C选项:设平面且,若,则有,
    又,所以,结合、平面,所以有,故C选项正确.
    对于D选项:若,,则或,故D选项错误.
    故选:C.
    6.设是两条不同的直线,是两个不同的平面,则下列说法正确的是( )
    A.若,则
    B.若,则
    C.若,则
    D.若,则
    【答案】D
    【分析】根据条件思考题中平面和直线所可能的各种情况,运用有关的定理逐项分析.
    【详解】当,时,可能有,但也有可能或,故A选项错误;
    当,时,可能有,但也有可能或,故选项B错误;
    在如图所示的正方体中,
    取为,为,为平面,为平面,这时满足,,,但不成立,故选项C错误;
    当,,时,必有,从而,故选项D正确;
    故选:D.
    7.下列命题中,不正确的是( )
    A.夹在两个平行平面间的平行线段相等
    B.三个两两垂直的平面的交线也两两垂直
    C.若直线平面,,则过点且平行于直线的直线有无数条,且一定在内
    D.已知m,n为异面直线,平面,平面,若直线满足,,,,则与相交,且交线平行于
    【答案】C
    【分析】利用面面平行的性质推理判断A;利用面面垂直的性质、线面垂直的判定推理判断B;利用线面平行的性质判断C;利用反证法结合线面平行的性质推理判断D作答.
    【详解】对于A,平面平面,点平面,平面,且,

    由,得点共面,平面平面,平面平面,
    而平面平面,于是,因此四边形是平行四边形,所以,A正确;
    对于B,设平面、、两两垂直,它们的交线分别为b、c、d,
    过平面内点的直线e、f分别满足,,如图,

    由,,,得,而,则,同理,
    因此,又,从而,同理,
    所以三个两两垂直的平面的交线也两两垂直,B正确;
    对于C,由直线平面,,得直线与点确定一个平面,令平面与平面的交线为,
    显然,且平面,直线唯一,C错误;
    对于D,假定与平行,由平面,得平面,又平面,于是,
    这与m,n为异面直线矛盾,即假设不成立,因此与相交,
    由平面、及,得,同理,在平面内存在直线,
    在平面内存在直线(均不为平面与的交线),
    即有,于是,直线平行于平面与的交线,所以直线平行于平面与的交线,D正确.
    故选:C
    8.已知,,是三条不同的直线,,是两个不同的平面,且,,,,则下列命题错误的是( )
    A.若,则B.若,则
    C.若,则D.若,则
    【答案】C
    【分析】A选项,分与两种情况,由线面垂直得到面面垂直;B选项,得到,结合,可得;C选项,先得到,结合A选项可得,C错误;D选项,可得到,进而得到.
    【详解】A选项,若,如图1,因为,所以,
    若,如图2,因为,,则,过直线的平面交平面于直线,
    则,故,因为,所以,
    综上,若,则,A正确;
    B选项,因为,,所以,
    因为,可得,B正确;
    C选项,因为,,所以,
    由A选项可知,C错误;
    D选项,因为,,则,因为,所以,D正确.
    故选:C
    二、多选题
    9.已知,为不同的直线,,为不同的平面,则下列说法错误的是( )
    A.若,,,则B.若,,,则
    C.若,,,则D.若,,,则
    【答案】ABC
    【分析】通过分析不同情况下直线和平面的位置关系即可得出结论.
    【详解】由题意,
    A项, 设所在平面, , 只需即满足题设, 故A错误;
    B项,设且且, 此时,B错误;
    C项,当,,时,可能垂直于,C错误;
    D项,当,,,则,故D正确.
    故选:ABC.
    10.设,是两条不同的直线,,是两个不同的平面,下列说法正确的是( )
    A.若,,则B.若,,则
    C.若,,则D.若,,则
    【答案】BC
    【分析】根据空间中线面、面面位置关系判断即可.
    【详解】因为,是两条不同的直线,,是两个不同的平面,
    对于A:若,,则或或或与相交(不垂直),故A错误;
    对于B:若,,则,故B正确;
    对于C:若,,则,故C正确;
    对于D:若,,则或与相交,故D错误.
    故选:BC
    11.设,是两条不同的直线,,是两个不同的平面,给出下列命题,其中正确的命题为( )
    A.若,,则B.若,,,则
    C.若,,则D.若,,则
    【答案】ABD
    【分析】利用线面平行性质、线面垂直的性质推理判断A;利用线面垂直的判定判断B;举例说明判断C;利用面面垂直的判定判断D作答.
    【详解】对于A,由,得存在过直线的平面与平面相交,令交线为,则,
    由,内,得,因此,A正确;
    对于B,由,,,得,B正确;
    对于C,由于,令,当时,有,此时或,C错误;
    对于D,由,,得,D正确.
    故选:ABD
    12.已知是两条不重合的直线,是两个不重合的平面,下列命题不正确的是( )
    A.若,,,,则
    B.若,,,则
    C.若,,,则
    D.若,,,则
    【答案】ABC
    【分析】由空间中线面位置关系可判断.
    【详解】由,是两条不重合的直线,,是两个不重合的平面,知:
    在A中,若,,,,则与相交或平行,故A错误;
    在B中,若,,,则与相交或平行,故B错误;
    在C中,若,,,则与相交或平行,故C错误;
    在D中,若,,,则由线面垂直,线线平行的性质可得,故D正确.
    故选:ABC.
    三、填空题
    13.给出下列四个命题:
    ①若直线垂直于平面内的两条直线,则这条直线与平面垂直;
    ②若直线与平面内的任意一条直线都垂直,则这条直线与平面垂直;
    ③若直线垂直于梯形的两腰所在的直线,则这条直线垂直于两底边所在的直线;
    ④若直线垂直于梯形的两底边所在的直线,则这条直线垂直于两腰所在的直线.
    其中正确的命题共有 个.
    【答案】2
    【分析】根据线面垂直的定义,以及线面垂直的判定定理和性质定理,逐项判定,即可求解.
    【详解】①中,根据线面垂直的判定定理,直线垂直于平面内的两条相交直线,则这条直线与平面垂直,所以①不正确;
    ②中,根据直线与平面垂直的定义知,若直线与平面内的任意一条直线都垂直,则这条直线与平面垂直,所以②正确;
    ③中,因为梯形的两腰在同一平面内,且不平行,所以两腰时相交直线,若直线垂直于梯形的两腰所在的直线,可得直线垂直梯形底面所在的平面,所以这条直线垂直于两底边所在的直线,所以③正确;
    ④中,因为梯形的两底所在的直线相互平行,根据线面垂直判定定理,直线与这个平面不一定垂直,这条直线不一定垂直于两腰所在的直线,所以④不正确.
    故答案为:2.
    14.已知是两个不同的平面,是平面及之外的两条不同的直线,给出下列四个论断:
    ①;②;③;④.
    以其中三个论断作为条件,余下一个论断作为结论,写出你认为正确的一个命题: .(用序号表示)
    【答案】①③④②(或②③④①)
    【分析】已知①③④时,将平移到相交位置,根据线面垂直的判定与性质以及直二面角的定义可推出②;已知②③④时,根据直二面角的定义可推出①.
    【详解】若,,,则.
    证明:过平面和平面外一点,作,交于,作,交于,
    则,,,
    显然与不平行,设,则,,
    因为,平面,所以平面,
    延展平面交于点,连,则,,
    则是二面角的一个平面角,
    因为,,所以,同理有,
    又,所以四边形为矩形,则,
    则平面和平面形成的二面角的平面角直二面角,故,

    若,,,则.
    证明:因为,所以与所成的二面角为,
    因为,,所以直线所成的角也为,即.
    若,,,则与相交或或.
    若,,,则与相交或或.
    故答案为:①③④②(或②③④①).
    题型二 线面垂直的判定
    策略方法 判定线面垂直的四种方法
    【典例1】如图,在正方体中,E,F分别是棱,的中点,求证:平面EAB.
    【答案】见解析
    【分析】通过证明和,进而可得证.
    【详解】
    E,F分别是棱,的中点,
    在Rt△和Rt△中,,
    所以Rt△ Rt△,所以△,
    因为,所以,
    所以,即,
    又因为正方体中,平面,平面,
    所以,和平面EAB内的两条相交直线,
    所以平面EAB.
    【题型训练】
    一、解答题
    1.如图所示,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD为矩形,PA⊥平面ABCD,点E在线段PC上,PC⊥平面BDE. 证明:BD⊥平面PAC
    【答案】证明见解析
    【分析】根据线面垂直的判定定理和性质定理证明即可.
    【详解】证明:∵PA⊥平面ABCD,BD⊂平面ABCD
    ∴PA⊥BD.同理由PC⊥平面BDE,可证得PC⊥BD.
    又PA∩PC=P,∴BD⊥平面PAC.
    2.如图,在四棱锥中,底面ABCD是梯形,,且,,.
    (1)若F为PA的中点,求证平面PCD
    (2)求证平面PCD.
    【答案】(1)证明见解析
    (2)证明见解析
    【分析】(1)取PD中点E,连接EF、EC,可得且,则四边形EFBC为平行四边形,则,根据线面平行的判定定理,即可得证
    (2)根据三角形性质,可证,结合(1)可得,根据线面垂直的判定定理,即可得证
    【详解】(1)取PD中点E,连接EF、EC,如图所示
    因为E、F分别为PD、PA中点,
    所以,且,
    又因为,且,
    所以且,
    所以四边形EFBC为平行四边形,
    所以,
    因为平面PCD,平面PCD,
    所以平面PCD
    (2)因为,F为PA中点,
    所以,则,
    因为,平面PCD,
    所以平面PCD.
    3.如图,在四棱锥中,平面,底面为菱形,为的中点.
    (1)求证:平面;
    (2)若点是棱的中点,求证:平面.
    【答案】(1)答案见解析
    (2)答案见解析
    【分析】由平面,且底面为菱形,即可得到平面内的两条相交直线,则可证得平面.
    (2)由分别为中点,可得到,则问题即可得以证明.
    【详解】(1)因为平面,平面,所以,又因为底面是菱形,则,,平面,所以平面.
    (2)连接,如图所示:
    因为分别为的中点,则且,所以四边形为平行四边形,所以,平面,平面,所以平面.
    4.如图,在四棱锥中,底面ABCD为正方形,底面ABCD,,E为线段PB的中点,F为线段BC的中点.
    (1)证明:平面PBC;
    (2)求点P到平面AEF的距离.
    【答案】(1)证明见解析
    (2).
    【分析】(1)先根据底面ABCD,得到,再根据,利用线面垂直的判定定理证明平面PAB,即,再根据一次线面垂直的判定定理证明平面PBC;
    (2)先根据长度及垂直关系得到进而得到的面积,再计算出,根据等体积法即可求得点P到平面AEF的距离.
    【详解】(1)证明:因为底面ABCD,平面ABCD,所以.
    因为ABCD为正方形,所以,
    因为,平面PAB,平面PAB,所以平面PAB,
    因为平面PAB,所以,
    因为,E为线段PB的中点,所以,
    又因为,平面PBC,平面PBC,所以平面PBC.
    (2)由F是BC的中点.所以,
    因为底面ABCD,平面ABCD,
    所以,因为E为线段PB的中点,
    所以,
    由(1)知平面PBC,平面PBC,
    所以,所以,
    所以,
    因为,所以,
    由(1)知平面PAB,所以平面PAB,
    设点P到平面AEF的距离为h,
    则有,
    解得,所以点P到平面AEF的距离为.
    5.如图,在四棱锥中,,,,,,平面平面.证明:平面
    【答案】证明见解析
    【分析】由面面、线面垂直的性质可得,且,根据线面垂直的判定即可证结论;
    【详解】证明:由题设,,又面面,面面,面,
    所以面,而面,则,
    由得:,
    又,则平面.
    6.如图,在底面是矩形的四棱锥中,底面,,分别是,的中点.
    (1)若,求四棱锥的体积;
    (2)求证:平面.
    【答案】(1)
    (2)证明详见解析
    【分析】(1)根据锥体的体积公式,即可求出结果;
    (2)根据线面垂直的判定定理,即可证明面,又由中位线定理,可得,进而证明出结果.
    【详解】(1)解:∵在底面是矩形的四棱锥中,底面,,
    ∴;
    (2)证明:∵四边形为矩形,
    ∴,
    ∵底面,面,
    ∴,
    又,∴面,
    又,分别是,的中点,
    ∴,
    ∴平面.
    7.如图,PA是圆柱的母线,AB是底面圆的直径,C是底面圆周上异于A.B的一点,且.
    (1)求证:平面PAC
    (2)若M是PC的中点,求三棱锥的体积.
    【答案】(1)证明见解析
    (2)
    【分析】(1)通过证明来证得平面.
    (2)先求得三棱锥的高,进而求得三棱锥的体积.
    【详解】(1)∵PA为圆柱母线,
    ∴平面ACB,
    ∵平面,
    ∴,
    ∵AB为底面圆直径,∴,
    ∵平面APC,平面APC,,
    ∴平面PAC.
    (2)∵平面APC,平面平面APC,
    ∴平面ACM,BC为三棱锥的高,,
    ∵,M为PC中点,
    ∴,,,
    ∴.
    8.已知的斜边为AB,过点A作PA⊥平面ABC,AM⊥PB于M,AN⊥PC于N.求证:
    (1)BC⊥平面PAC;
    (2)PB⊥平面AMN.
    【答案】(1)证明见解析
    (2)证明见解析
    【分析】(1)由题意可证得PA⊥BC,BC⊥AC,再由线面垂直的判定定理即可证明.
    (2)由线面垂直的判定定理和性质定理即可证明.
    【详解】(1)∵PA⊥平面ABC,BC⊂平面ABC,∴PA⊥BC.
    ∵是直角三角形,AB为斜边,∴BC⊥AC,
    又AC∩PA=A,AC,PA平面PAC,∴BC⊥平面PAC.
    (2)由(1)知BC⊥平面PAC,
    ∵AN⊂平面PAC,∴BC⊥AN,
    又∵AN⊥PC,BC∩PC=C,BC,PC平面PBC,
    ∴AN⊥平面PBC,又PB⊂平面PBC,∴AN⊥PB,
    又∵PB⊥AM,AM∩AN=A,AM,AN⊂平面AMN,
    ∴PB⊥平面AMN.
    9.如图,在三棱柱中,平面ABC,D,E分别为AC,的中点,,.
    (1)求证:平面;
    (2)求点D到平面ABE的距离.
    【答案】(1)证明见解析;
    (2)
    【分析】(1)通过证明,,得证平面.
    (2)由,利用体积法求点D到平面ABE的距离.
    【详解】(1)证明:∵,D,E分别为AC,的中点,
    ∴,且,
    又平面,∴平面,
    又平面,∴,
    又,且,平面,
    ∴平面.
    (2)∵,,,
    ∴,
    ∴,,.
    在中,,,
    ∴边上的高为.
    ∴.
    设点D到平面ABE的距离为d,
    根据,得,解得,
    所以点D到平面ABE的距离为.
    10.如图四棱锥中,四边形为等腰梯形,,平面平面,,,,.
    (1)证明:平面;
    (2)若在线段上,且,求三棱锥的体积.
    【答案】(1)证明见详解
    (2)
    【分析】(1)根据题意结合余弦定理可求得,由勾股定理可证,结合线面垂直的判定定理可证;
    (2)根据题意结合面面垂直的性质定理可得平面,利用锥体的体积公式运算求解.
    【详解】(1)∵四边形为等腰梯形,且,
    ∴,
    又∵,则,即,
    ∴,则,即,
    又∵,,平面,
    ∴平面.
    (2)∵,平面平面,平面平面,平面,
    ∴平面,
    由题意可得:为等腰直角三角形,则,
    又∵,
    ∴三棱锥的体积.
    11.如图所示,在长方体中,AB=2,BC=2,,M为棱上一点.
    (1)若,求异面直线和所成角的正切值;
    (2)若,求证BM⊥平面.
    【答案】(1)
    (2)证明见解析
    【分析】(1)由,则异面直线和所成角即为,根据线面垂直的性质定理可得,再根据长度关系求得中的各个长度,进而求得正切值即可;
    (2)根据,可得为中点,根据长度关系可知,再根据线面垂直的性质定理可得,根据线面垂直判定定理即可证得结论.
    【详解】(1)解:因为长方体,所以,
    所以是异面直线和所成的角,
    因为在长方体中,平面,所以,
    因为,,,为棱上一点,,
    所以,
    所以在直角三角形中,,
    即异面直线和所成角的正切值为;
    (2)证明:当时,为中点,所以,
    即有,所以,
    因为平面,平面,
    所以.又,
    平面,平面,
    所以平面.
    12.如图,在三棱锥中,分别为的中点,,且,.求证:平面.
    【答案】证明见解析.
    【分析】由题可得,利用线面垂直的判定定理可得平面,进而可得,然后利用线面垂直的判定定理即得.
    【详解】∵在中,D是AB的中点,,
    ∴,
    ∵E是PB的中点,D是AB的中点,
    ∴,
    ∴,
    又,,平面,平面,
    ∴平面,
    ∵平面,
    ∴,
    又,,平面,平面,
    ∴平面.
    13.如图,在四棱柱中,底面ABCD为平行四边形,,∠BAD=60°,平面平面ABCD,,,E为上的一点.
    (1)求证:平面;
    (2)若平面BDE,求三棱锥的体积.
    【答案】(1)证明见解析
    (2)
    【分析】(1)由面面垂直的性质,可得平面,从而,结合,即可证明平面;
    (2)利用等体积法,求三棱锥的体积转化为求三棱锥体积的一半,即可求得本题答案.
    【详解】(1)因为平面平面,平面平面,
    又,平面,所以平面,
    又因为平面,所以;
    因为四边形ABCD为平行四边形,所以,
    又因为,所以,
    因为平面,平面,且,
    所以平面.
    (2)如图,连接交于点,连接,
    因为平面,平面平面,平面,
    所以,
    因为为的中点,所以为的中点,
    因为平面,平面,所以,
    因为,所以,
    因为,所以在中,,
    所以,
    .
    14.如图,在直三棱柱中,,,,为棱的中点.
    (1)求证:平面;
    (2)若,求三棱锥的体积.
    【答案】(1)证明见解析
    (2)
    【分析】(1)利用已知直三棱柱的结构特征,证明平面,可得,再利用侧面矩形的结构特征,证明,可得平面;
    (2)由(1)中的证明过程可得,计算数据代入即可.
    【详解】(1)因为为直三棱柱,所以平面.
    又平面,所以.
    因为为棱的中点,,所以.
    因为平面,平面,,所以平面.
    又平面,所以.
    因为为棱的中点,所以.
    又,所以,同理,所以.
    因为平面,平面,,
    所以平面.
    (2)因为,,,
    所以,,
    所以.
    由(1)知平面,
    所以,
    即三棱锥的体积为.
    15.如图,在三棱锥中,侧面底面,且的面积为6.

    (1)求三棱锥的体积;
    (2)若,且为锐角,求证:平面.
    【答案】(1)
    (2)证明见解析
    【分析】(1)由面面垂直的性质可得面,即为体高,利用棱锥体积公式求体积即可;
    (2)由三角形面积公式可得,根据已知及平方关系求余弦值,应用余弦定理求,易知,再由线面垂直的性质得,最后应用线面垂直的判定证结论.
    【详解】(1)面面,,面面,面,
    所以面,又的面积为6,
    所以三棱锥的体积.
    (2)由题设,即,又为锐角,
    所以,
    由,故,
    所以,
    由(1)知面,面,故,
    ,面,故平面.
    16.如图1,在五边形中,四边形为正方形,,,如图2,将沿折起,使得至处,且.

    (1)证明:平面;
    (2)若四棱锥的体积为4,求的长.
    【答案】(1)证明见解析
    (2)
    【分析】(1)由已知易得,即可证明线面垂直;
    (2)取中点,连接,根据线面垂直的性质与判定可得为四棱锥的高,再根据四棱锥体积求解即可.
    【详解】(1)由题意得,则,,
    因为,则,
    又,平面,所以平面,
    又平面,则,
    又,,平面,平面,
    所以平面.
    (2)取中点,连接,由正方形可得.
    又平面,由(1)可得.
    又,平面,则平面.
    即为四棱锥的高.
    设,则,,.
    由(1)可得底面为直角三角形,故,
    解得,即.

    17.如图,在四棱锥,底面为梯形,且,,等边三角形所在的平面垂直于底面,.求证:平面;
    【答案】证明见解析
    【分析】根据面面垂直的性质,在结合线面垂直的判定定理,即可得出结论.
    【详解】证明:如图所示,取中点,连接,
    是正三角形,为中点,
    又平面平面,且平面平面,
    平面,
    又平面,,
    ,且,平面,
    平面;.
    18.如图,四棱锥中,平面平面,为的中点,为的中点,且,,.证明:平面
    【答案】证明见解析
    【分析】由几何性质,推导出,从而平面,进而,平面.连接,则,则,得,,是平行四边形,,由此能证明平面.
    【详解】证明:如图,
    连接AF,
    由题意知为等腰三角形,
    而为的中点,所以.
    又因为平面平面,且,平面平面,平面,
    所以平面.
    而平面,所以.
    而,平面,所以平面.
    连接,则,,
    而,,所以且,
    所以是平行四边形,
    因此,故平面.
    19.如图所示的长方体中,底面是边长为2的正方形,O为与的交点,,M是线段的中点.
    (1)求证:平面;
    (2)求证:平面.
    【答案】(1)证明见解析
    (2)证明见解析
    【分析】(1)根据线面平行的判定定理分析证明;(2)根据线面垂直的判定定理和性质定理分析整理.
    【详解】(1)连接,如图,
    ∵O、M分别是、的中点,是矩形,则,且,
    ∴四边形是平行四边形,则,
    平面,平面,
    ∴平面.
    (2)连接,
    ∵正方形的边长为2,,
    ∴,,,
    则,故,
    又∵平面,平面,
    ∴,
    由为正方形可得:,
    ,平面,
    ∴平面,
    又∵平面,
    ∴,
    ,面,
    ∴平面.
    20.在图1中,为等腰直角三角形,,,为等边三角形,为AC边的中点,E在BC边上,且,沿AC将进行折叠,使点D运动到点F的位置,如图2,连接FO,FB,FE,OE,使得.

    (1)证明:平面ABC;
    (2)求点到平面的距离.
    【答案】(1)证明见解析
    (2)
    【分析】(1)证明:连接,在等边中,得到,再由勾股定理证得,结合线面垂直的判定定理,即可证得平面;
    (2)解法1:作,设点到平面的距离为,利用,列出方程,即可求解;
    解法2、过A作,证得平面OEF,得到的长度即点到平面的距离,结合,即可求解.
    【详解】(1)证明:连接,因为为等腰直角三角形,且,
    所以,,
    在等边中,,且.
    又因为,所以,即,
    因为且平面,所以平面.

    (2)解法1:作,垂足为,
    因为,所以,解得,所以,
    在直角中,,可得,
    又因为,所以,
    设点到平面的距离为,由,可得,
    即,解得,
    即点到平面的距离为.

    解法2、过A作,垂足为,
    由(1)知平面,因为平面,所以.
    又由,,所以平面OEF,
    所以的长度即点到平面的距离,
    在中,因为,,,
    所以,可得,
    由,即,解得,
    所以,即点到平面的距离为.

    题型三 线线垂直的判定
    策略方法
    【典例1】如图,四棱锥的底面是矩形,平面,E,F分别的中点,且.
    (1)求证:平面;
    (2)求证:.
    【答案】(1)证明见解析
    (2)证明见解析
    【分析】(1)通过构造平行四边形的方法来证得线面平行;
    (2)结合线面垂直的判定定理来证得平面,进而可证明线线垂直.
    【详解】(1)设是的中点,由于是的中点,
    所以,
    由于是的中点,四边形是矩形,
    所以.
    所以,
    所以四边形是平行四边形,
    所以,
    因为平面,平面,
    所以平面.
    (2)由于平面,
    平面,所以,
    因为,,平面,
    所以平面,
    因为平面,所以,
    因为是的中点,所以,
    因为,平面,
    以平面,
    又因为平面,所以.
    【题型训练】
    一、解答题
    1.如图,在四棱锥中,是边长为4的等边三角形,平面平面,,,,.

    (1)证明;;
    (2)求三棱锥的体积.
    【答案】(1)证明见解析
    (2)
    【分析】(1)取中点,连接,通过线面垂直的办法证明线线垂直;
    (2)根据等体积法转换,的体积等价于求的体积即可.
    【详解】(1)
    取中点,连接,因为是等边三角形,所以.
    因为,,所以.而,
    所以是等边三角形,则,又,平面
    所以平面,又平面,故.
    (2)由平面平面,平面平面,平面,
    又,可知平面.
    在中,由余弦定理,有.
    解之可得. 所以,
    所以.
    2.如图,四棱锥中,四边形ABCD为梯形,,,,,,M,N分别是PD,PB的中点.

    (1)求证:直线平面;
    (2)求证:.
    【答案】(1)证明见解析
    (2)证明见解析
    【分析】(1)连接,证明,再根据线面平行的判定定理即可得证;
    (2)利用勾股定理证明,,从而可得平面,即可得证.
    【详解】(1)连接,
    因为M,N分别是PD,PB的中点,所以,
    又平面,平面,
    所以直线平面;
    (2)因为,
    所以,所以,
    因为,,
    所以,所以,
    又平面,
    所以平面,
    又平面,所以,
    又,所以.

    3.如图,矩形所在的平面与平面垂直,且.已知.

    (1)求证:;
    (2)求四棱锥的表面积.
    【答案】(1)证明见解析
    (2)
    【分析】(1)由条件根据面面垂直性质定理证明平面,由此可得,结合根据线面垂直判定定理证明平面,由此可得结论;
    (2)由条件依次求出各各面的面积相加即可.
    【详解】(1)因为平面平面,平面平面,
    且,平面,
    ∴平面,又平面,
    ∴,又,且,平面,
    ∴平面,又平面,
    ∴.
    (2)因为,
    所以矩形的面积为2,
    在中,,,故,
    故的面积为;
    和的面积分别为和.
    而,,,
    故边上的高为,
    故的面积为,
    故四棱锥的表面积为.
    4.如图,已知三棱柱中,,,,是的中点,是线段上一点.

    (1)求证:;
    (2)设是棱上的动点(不包括边界),当的面积最小时,求棱锥的体积.
    【答案】(1)证明见解析
    (2)
    【分析】(1)连接,,利用可证,从而可证平面,进而可证,从而可证平面,利用线面垂直的性质即可证明;
    (2)由(1)可得平面,从而有,进而可知当时,最小,此时面积最小. 过做于,从而可得平面,再根据锥体的体积公式即可求解.
    【详解】(1)连接,
    ,为中点,.
    又,,,且.

    ,,
    又,,平面,
    平面,又平面,.
    由已知,,,
    又,平面,平面.
    而,平面,.
    (2)由(1)可知,.
    又,平面,平面,
    又,平面,.
    所以,又在棱上移动,
    当时,最小,此时面积最小.
    在中,,,则,,.
    在中,过做于,则,
    ,平面,于是可得.
    .

    5.如图,在三棱柱中,中,,在平面上的射影为的中点.

    (1)证明:.
    (2)求多面体的体积.
    【答案】(1)证明见解析
    (2)
    【分析】(1)取的中点,连接,得到平面,证得,,利用线面垂直的判定定理,证得平面,得到,进而证得;
    (2)由柱体和锥体的体积公式,结合,即可求得多面体的体积..
    【详解】(1)证明:取的中点,连接,
    因为在平面上的射影为的中点,所以平面,
    又因为平面,所以,
    因为,,且平面,所以平面,
    又因为平面,所以,
    因为,所以.
    (2)解:因为平面,且平面,所以,
    因为,,所以,
    所以三棱柱的体积,
    且,
    故多面体的体积.

    6.如图所示,在直四棱柱中,,,且是的中点.

    (1)证明:;
    (2)若,求四棱柱的体积.
    【答案】(1)证明见解析
    (2)
    【分析】(1)连接,求出、,即可得到,由线面垂直得到,即可证明平面,从而得证;
    (2)设,利用勾股定理表示出、、,再由求出,最后根据柱体体积公式计算可得.
    【详解】(1)如图,连接,,,,,
    ,,

    ,,
    平面,平面,,
    又,平面,平面,
    平面,.
    (2)设,则由已知可得,
    ,,
    ,,即,
    解得(负值舍去),,
    四棱柱的体积.
    7.在三棱台中,,分别是,的中点,,平面,且,.

    (1)求证:;
    (2)求三棱锥的体积.
    【答案】(1)证明见解析
    (2)
    【分析】(1)根据等腰三角形、棱台、线面垂直的性质证四边形为矩形,并求得相关线段的长度,再证得到,根据面面垂直的判定、性质证平面,进而得到,最后由线面垂直的判定和性质证结论.
    (2)由,结合棱锥体积公式求体积即可.
    【详解】(1)由,,则,是的中点,即,

    由为棱台,易知,且,故,
    又,且,故四边形为平行四边形,
    又平面,平面,则,
    所以四边形为矩形,又,是的中点,故,
    在中,且,
    所以,易得,则,
    由平面,平面,则平面平面,
    由等腰三角形性质知,平面,平面平面,
    所以平面,平面,则,
    又,面,则面,
    由面,则.
    (2)由,由(1)知:平面,
    所以.
    所以三棱锥的体积为.
    8.如图,在梯形中,,,,为边上的点,,,将沿直线翻折到的位置,且,连接.

    (1)证明:;
    (2)求点到平面的距离.
    【答案】(1)证明见解析
    (2)
    【分析】(1)取中点,由线面垂直判定和性质可证得;易证得四边形为菱形,由此可得,由线面垂直的判定和性质可得到结论;
    (2)利用体积桥可构造关于所求距离的方程,由此求得结果.
    【详解】(1),,,,,
    又,为等边三角形;
    取中点,连接,

    ,为中点,;
    ,,,平面,
    平面,又平面,,
    ,平面,平面,
    又平面,;
    ,,,
    四边形为菱形,,
    又,平面,平面,
    平面,.
    (2)由(1)知:平面,
    ,,;
    ,,,
    点到线段的距离,,
    设点到平面的距离为,
    则,解得:.
    即点到平面的距离为.
    9.如图,在多面体中,四边形是边长为的菱形,,平面,平面,.

    (1)证明:;
    (2)若三棱锥的体积为,求实数的值.
    【答案】(1)证明见解析
    (2)
    【分析】(1)由题意,可求出 、 、 的值,则可得出 ,故,再连接,交于点,过点作,交于点,求出 的值,再根据 、 、 的勾股关系,可得,又,可得平面,进而得证.
    (2)由(1)的证明及对称性易知,则 ,得出 的值即可.
    【详解】(1)证明:因为,所以 ,
    因为平面,平面,所以 .
    因为四边形是边长为的菱形,,
    所以, 因为,
    所以,所以 .
    连接,交于点,过点作,交于点,如图,

    则,所以. 因为,所以,
    所以 因为,
    所以,所以. 又,且、平面.
    所以平面. 又平面,所以.
    (2)解:由(1)的证明及对称性易知,
    所以 ,
    解得.
    10.在直三棱柱中,侧面为正方形,,,分别为和的中点,.
    (1)证明:;
    (2)求到平面的距离.
    【答案】(1)证明见解析;
    (2).
    【分析】(1)根据给定条件,证明∽,进而证得,再利用线面垂直的性质判定推理作答.
    (2)由(1)的信息,求出长即可作答.
    【详解】(1)在直三棱柱中,由侧面为正方形,得,
    而,,平面,则平面,
    又平面,即有,即,,则,
    因为,则,,
    由E,F分别为AC和的中点,得,
    于是,而,则∽,有,
    又,即有,则,即,
    由,为的中点,得,而平面,平面,则,
    又,平面,于是平面,而平面,则,
    因为,平面,因此平面,而平面,
    所以.
    (2)由(1)知平面,则长即为点到平面的距离,
    在中,,则,
    所以点到平面的距离.
    题型四 面面垂直的判定
    策略方法 证明面面垂直的两种方法
    【典例1】如图,已知平面,为矩形,分别为的中点.
    (1)证明:;
    (2)若,求证:平面平面.
    【答案】(1)证明见解析
    (2)证明见解析
    【分析】(1)平行四边形思想,平行线的传递性,线面垂直的判定定理和性质定理结合即可;(2)线面垂直性质定理,面面垂直的判定定理解决即可.
    【详解】(1)设为的中点,连接.
    因为分别为的中点,
    所以,.
    所以,
    所以四边形为平行四边形,
    所以.
    因为平面ABCD,
    所以.
    又因为,且平面
    所以平面,
    所以.
    因为,
    所以.
    (2)因为,
    所以,
    所以.
    又平面,,
    所以平面,
    所以.
    又因为平面
    所以平面.
    因为,
    所以平面.
    又因为平面,
    所以平面平面.
    【题型训练】
    一、解答题
    1.如图,四棱锥的底面是矩形,底面,,,.

    (1)证明:平面平面;
    (2)求及三棱锥的体积.
    【答案】(1)证明见解析
    (2),
    【分析】(1)由底面,可得,再结合和线面垂直的判断可证得平面,再由面面垂直的判定定理可得结论,
    (2)连接,可得,可证得四边形是正方形,再利用棱锥的体积公式可求得结果.
    【详解】(1)因为平面,又平面,所以,
    又,且,平面,
    所以平面,
    又平面,所以平面平面.
    (2)连接,由(1)可知,平面,
    又平面,故,
    又四边形是矩形,所以四边形是正方形,所以.
    所以

    2.如图,在底面为矩形的四棱锥中,底面ABCD.
    (1)证明:平面平面PCD.
    (2)若,,E在棱AD上,且,求四棱锥的体积.
    【答案】(1)证明见解析
    (2)2
    【分析】(1)由,,证得平面PAD,则有平面平面PCD.
    (2)由已知数据结合棱锥体积公式计算.
    【详解】(1)证明:由四边形ABCD为矩形,得.
    因为底面ABCD,平面ABCD,所以.
    因为,平面PAD,所以平面PAD.
    因为平面PCD,所以平面平面PCD.
    (2)因为,,所以,
    因为直角梯形ABCE的面积.
    所以.
    3.如图,在四棱锥P-ABCD中,四边形ABCD是菱形,PA=PC,E为PB的中点.求证:
    (1)平面AEC;
    (2)平面AEC⊥平面PBD.
    【答案】(1)证明见解析
    (2)证明见解析
    【分析】(1) 设,连接,根据中位线可得,再根据线面平行的判定定理即可证明;
    (2)根据可得,根据四边形为菱形,可得,再根据线面垂直的判断定理可得平面,再根据面面垂直的判定定理即可得出结果.
    【详解】(1)设,连接,如图所示:
    因为O,E分别为,的中点,所以,
    又因为平面,平面,
    所以平面.
    (2)连接,如图所示:
    因为,为的中点,所以,
    又因为四边形为菱形,所以,
    因为平面,平面,且,
    所以平面,又因为平面,
    所以平面平面.
    4.如图,在四棱锥中,四边形为正方形,点在平面内的射影为A,且,为中点.
    (1)证明:平面
    (2)证明:平面平面.
    【答案】(1)证明见解析
    (2)证明见解析
    【分析】(1)由线线平行证线面平行;
    (2)由线面垂直证,再证平面、平面平面.
    【详解】(1)连接交于点,连接.
    因为为中点,为中点,所以,
    因为平面,平面,所以平面;
    (2)因为点在平面内的射影为A,所以平面,
    因为平面,所以.
    又在正方形中,且,所以平面,
    又平面,所以平面平面.
    5.如图,已知四棱锥P-ABCD中,PD⊥平面ABCD,底面ABCD为直角梯形,AD⊥CD,,CD=2AB.
    (1)求证:平面PAB⊥平面PAD;
    (2)在侧棱PC上是否存在点M,使得平面PAD,若存在,确定点M位置;若不存在,说明理由.
    【答案】(1)证明见解析
    (2)存在;点是的中点
    【分析】(1)由PD⊥平面ABCD,根据线面垂直的性质定理可得,结合AD⊥CD,根据线面垂直的判定定理可得平面,根据面面垂直的判定定理即可证明;
    (2)取的中点为,的中点为,连接,,,根据中位线即可证明,再根据线面平行的判定定理,即可证明结果.
    【详解】(1)证明:因为平面,平面,所以,
    又因为,,所以,
    又,,平面,所以平面,
    又平面,所以平面平面;
    (2)存在,当点是的中点时,平面,证明如下:
    如图,设的中点为,连接,,,如图所示:
    所以是的中位线,即,且,
    因为,,所以且,
    所以四边形为平行四边形,所以,
    又平面,平面,所以平面,
    故当点是的中点时,平面.
    6.如图,在四棱锥P﹣ABCD中,PD⊥平面ABCD,底面ABCD是正方形,AC与BD交于点O,E为PB的中点.
    (1)求证:EO平面PDC;
    (2)求证:平面PAC⊥平面PBD.
    【答案】(1)证明见解析
    (2)证明见解析
    【分析】(1)证明,再根据线面平行的判定定理即可得证;
    (2)先证明AC⊥平面PBD,再根据面面垂直的判定定理即可得证.
    【详解】(1)∵底面ABCD是正方形,AC与BD交于点O,
    ∴O为BD中点,又E为PB的中点,∴,
    ∵平面PDC,平面PDC,
    ∴平面PDC;
    (2)∵底面ABCD是正方形,∴AC⊥BD,
    又PD⊥平面ABCD,AC⊂平面ABCD,∴PD⊥AC,
    ∵平面,∴AC⊥平面PBD,
    又平面PAC,∴平面PAC⊥平面PBD.
    7.如图,在四棱锥中,,平面平面ABCD,E,F分别为棱PD,AD的中点,.
    (1)求证:平面平面PAD;
    (2)若,求几何体PABCEF的体积.
    【答案】(1)证明见解析
    (2)
    【分析】(1)得到四边形ABCF为平行四边形,,从而得到,由面面垂直得到线面垂直,进而得到面面垂直;
    (2)作出辅助线,转化为两个三棱锥,分别求出这两个三棱锥的体积,相加即可
    【详解】(1)因为F为AD的中点,所以,又,所以,
    因为,所以四边形ABCF为平行四边形,所以,
    因为,所以,
    因为平面平面ABCD,平面平面平面ABCD,
    所以平面PAD,
    又平面CEF,所以平面平面PAD.
    (2)连接PF,因为,F为AD的中点,所以,
    因为平面平面ABCD,平面平面平面PAD,
    所以平面ABCD,
    因为,所以,所以在中,,又,
    所以,
    梯形的面积为,
    所以四棱锥的体积.
    因为E为棱PD的中点,故三棱锥的高为,
    所以三棱锥的体积,
    故所求几何体的体积.
    8.如图,在中,,,D是线段AC上靠近点A的三等分点,现将沿直线BD折成,且使得平面平面CBD.
    (1)证明:平面平面PCB;
    (2)求点B到平面PCD的距离.
    【答案】(1)证明见解析
    (2)
    【分析】(1)根据三角形中的边角关系由余弦定理可求解的长度,进而可得垂直关系,由面面垂直的性质即可求解,
    (2)利用等体积法即可求解.
    【详解】(1)在中,由余弦定理得,故,
    在中,,,所以,
    由于,故,所以,
    由于平面平面CBD,平面平面,平面CBD, 所以平面,
    又平面PCB,所以平面平面PCB,
    (2)由平面,平面,所以,
    所以,
    故在中,,则,
    故,
    设B到平面PCD的距离为,则由等体积法得,即
    9.如图,在四棱锥中,底面为正方形,底面,为的中点,为线段上的点,且.
    (1)求证:平面平面;
    (2)求点到平面的距离.
    【答案】(1)证明见解析;(2).
    【分析】(1)根据题意可证明AE⊥平面PAB,即可证明平面平面;
    (2)根据三棱锥中,利用等体积即可求高.
    【详解】(1)证明:平面,.
    又底面为正方形,

    平面平面,
    平面.
    平面,

    为中点

    平面平面,
    平面.
    又平面,
    平面平面.
    (2)解:,

    又,


    ∴四棱锥的高,
    ∴点到平面的距离为.
    【点睛】证明面面垂直的主要方法
    (1)利用判定定理:.
    (2)用定义证明.只需判定两平面所成二面角为直二面角.
    (3)如果一个平面垂直于两个平行平面中的一个,则它也垂直于另一个平面:.
    10.在四棱锥Q-ABCD中,底面ABCD是正方形,若,,.
    (1)证明:平面⊥平面;
    (2)求四棱锥的体积与表面积.
    【答案】(1)证明见解析
    (2)体积为,表面积为
    【分析】(1)作出辅助线,由等腰三角形三线合一得到,求出各边长,由勾股定理逆定理得到,证明出线面垂直,得到面面垂直;
    (2)在(1)的基础上,得到为四棱锥的高,由体积公式求出四棱锥的体积,得到△QAB和△QCD均为直角三角形,△QAD和△QCB均为等腰三角形,求出四个三角形面积,求出表面积.
    【详解】(1)取AD的中点为O,连接QO,CO.
    因为,,则,
    而,,故.
    在正方形ABCD中,因为,故,故,
    因为,故,
    故为直角三角形且,
    因为,平面,故⊥平面,
    因为QO平面QAD,故平面QAD⊥平面ABCD.
    (2)取中点,连接,
    由(1)可知为四棱锥的高,且,
    底面正方形ABCD的边长为2,
    所以四棱锥的体积,
    由(1)可知平面QAD⊥平面ABCD,
    又因为,AB平面ABCD,平面QAD平面,
    所以AB⊥平面QAD,
    又因为AQ平面QAD,QD平面QAD,
    所以,,故
    又,,
    故⊥,△QAB和△QCD均为直角三角形,△QAD和△QCB均为等腰三角形,
    其中,
    四边形的面积为,三角形的面积为,
    三角形的面积为,,
    所以棱锥的表面积为.
    11.《九章算术》中记录的“羡除”是算学和建筑学术语,指的是一个类似隧道形状的几何体.如图,在羡除中,底面是边长为2的正方形,.
    (1)证明:平面平面.
    (2)求四棱锥的体积.
    【答案】(1)证明见解析
    (2).
    【分析】(1)作出辅助线,由等腰三角形三线合一得到线线垂直,求出等腰梯形的高,得到,故,进而证明出线面垂直,得到面面垂直;
    (2)根据比例关系得到,证明出线面垂直,求出,从而求出答案.
    【详解】(1)分别取和的中点,连接,
    因为底面是边长为2的正方形,,
    所以.
    在梯形中,,
    分别作垂直于,垂足分别为,则,
    故由勾股定理得,
    所以,
    易知,故.
    又,所以,
    因为,平面,所以平面.
    因为平面,所以平面平面.
    (2)连接.因为,所以四边形的面积,
    所以.
    因为,平面,
    所以平面,
    因为平面,所以.
    因为,平面,
    所以平面,且.
    因为,所以,
    即四棱锥的体积为.
    12.在四棱锥中,,,,,为等边三角形,.
    (1)证明:平面平面PBC;
    (2)求点C到平面PAB的距离.
    【答案】(1)证明见解析
    (2)1
    【分析】(1)作出辅助线,由余弦定理得到,由勾股定理逆定理得到,找到为二面角的平面角,且,得到平面平面ABCD,进而由四边形ABCE为矩形得到线面垂直,进而证明平面平面PBC;
    (2)作出辅助线,由等体积法求出点到平面的距离.
    【详解】(1)证明:取CD的中点E,连接PE,AE,如图,
    易知,,,
    在中,由余弦定理得,,
    则,故,
    由,,,同理可得且,
    故为二面角的平面角,
    又,则,故,故平面平面ABCD,
    又CE与AB平行且相等,且,则四边形ABCE为矩形,
    故.又平面ABCD,平面平面,
    故平面PCD,又平面PBC,则平面平面PBC.
    (2)连接AC,设C到平面PAB的距离为h,
    由(1)得平面平面PCD,,由面面垂直的性质定理,同理可得平面ABCD,
    ,即,
    ∵,,,,平面AEP,则平面AEP,
    又,故平面AEP,平面AEP,故,
    故,故,解得.
    13.如图,在四棱锥中,底面四边形为矩形,平面平面,,,,点为的中点.

    (1)求证:平面平面;
    (2)求二面角的余弦值.
    【答案】(1)证明见解析
    (2)
    【分析】(1)由面面垂直得到线面垂直,进而得到,结合得到平面,得到,结合得到线面垂直,证明出面面垂直;
    (2)建立空间直角坐标系,利用空间向量求解二面角的余弦值.
    【详解】(1)∵平面平面,,平面平面,平面,
    ∴平面,
    又∵平面,
    ∴.
    又∵,,,平面,
    ∴平面,
    ∵平面,
    ∴.
    在中,,为的中点,
    ∴,
    又,,平面,
    ∴平面,
    又平面,
    ∴平面平面.
    (2)作于点,易知平面,
    在中,,
    则,.
    如图以点为原点,,所在直线为轴,轴建立如图所示的空间直角坐标系,

    则,,,,,,,.
    由(1)知平面,所以平面的一个法向量为,
    设平面的一个法向量为,
    则,解得,
    取,则,得,

    由题可知二面角为锐角,所以二面角的余弦值为
    14.多面体ABCDEF如图所示,正方形ABCD和直角梯形ACEF所在的平面互相垂直,,,.
    (1)求证:平面平面DEF;
    (2)求该多面体的体积.
    【答案】(1)证明见解析;
    (2)1.
    【分析】(1)根据面面垂直的性质定理可得平面ABCD,然后根据勾股定理及线面垂直的判定定理可得平面BEF,再根据面面垂直的判定定理证明即可;
    (2)根据线面垂直的判定定理可得平面ACEF,然后利用锥体的体积公式求解.
    【详解】(1)如图,连接BD,设AC与BD交于点O,连接FO,EO.
    因为平面平面ACEF,平面平面,,平面ACEF,
    所以平面ABCD,
    因为四边形ABCD是边长为的正方形,所以.
    在直角梯形ACEF中,,O为AC的中点,
    则,且.
    又因为, ,所以四边形AFEO是边长为1的正方形,
    所以,且,
    所以平面ABCD,因为平面ABCD,
    所以,则,
    所以,
    所以.
    因为平面ABCD,平面ABCD,所以,
    所以,
    所以,所以.
    又因为,BE,平面BEF,
    所以平面BEF.
    又因为平面CDE,
    所以平面平面CDE;
    (2)由(1)可知,,,平面ACEF,
    则平面ACEF,
    多面体ABCDEF可以视为四棱锥和四棱锥的组合体,
    故其体积为.
    ①垂直性质的简单判定
    ②线面垂直的判定
    ③线线垂直的判定
    ④面面垂直的判定
    文字语言
    图形语言
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    判断定理
    一条直线与一个平面内的两条相交直线都垂直,则该直线与此平面垂直
    面⊥面⇒线⊥面
    两个平面垂直,则在一个平面内垂直于交线的直线与另一个平面垂直
    _
    _
    a
    平行与垂直的关系
    一条直线与两平行平面中的一个平面垂直,则该直线与另一个平面也垂直
    _
    平行与垂直的关系
    两平行直线中有一条与平面垂直,则另一条直线与该平面也垂直

    _
    b
    _
    a
    文字语言
    图形语言
    符号语言
    性质定理
    垂直于同一平面的两条直线平行

    _
    b
    _
    a
    文字语言
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    符号语言
    垂直与平行的关系
    垂直于同一直线的两个平面平行
    _
    线垂直于面的性质
    如果一条直线垂直于一个平面,则该直线与平面内所有直线都垂直
    文字语言
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    判定定理
    一个平面过另一个平面的垂线,则这两个平面垂直
    _
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    性质定理
    两个平面垂直,则一个平面内垂直于交线的直线与另一个平面垂直
    _
    _
    a

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