8.4.1 平面

一、刷基础

1.下列命题是真命题的是(      )

A.四边形一定是平面图形

B.空间一个点与一条直线可以确定一个平面

C.一个平面的面积可以为 $ 10{\mathrm{k}\mathrm{m}}^{2} $

D.相交于同一点的四条直线最多可以确定6个平面

答案:D
解析:

四边形可以为平面图形,也可以为空间四边形,故 $ \mathrm{A} $ 为假命题;

空间一条直线与直线外一点可以确定一个平面,当点在直线上时,过该点与直线可以有无数个平面,故 $ \mathrm{B} $ 为假命题;

平面是无限延展的,所以平面不计算面积,故 $ \mathrm{C} $ 为假命题;

相交于同一点的四条直线,当任意三条直线不共面时,最多可以确定6个平面,故 $ \mathrm{D} $ 为真命题.故选 $ \mathrm{D} $ .


2.(多选)下列命题错误的是(      )(多选)

A.两条直线确定一个平面

B.经过两点可以作无数个平面

C.经过同一直线上的3个点的平面有且仅有3个

D.经过两条平行直线,有且只有一个平面

答案:AC
解析:

对于 $ \mathrm{A} $ ,当两条直线平行或相交时,可以确定一个平面,当两条直线不在一个平面内时,不能确定一个平面,如正方体 $ ABCD-{A}_{1}{B}_{1}{C}_{1}{D}_{1} $ 中,棱 $ AB $ 和棱 $ C{C}_{1} $ ,故 $ \mathrm{A} $ 错误;

对于 $ \mathrm{B} $ ,过两点可以确定一条直线,经过一条直线的平面有无数个,因此经过两点可以作无数个平面,故 $ \mathrm{B} $ 正确;

对于 $ \mathrm{C} $ ,经过一条直线可以作无数个平面,因此经过同一直线上的3个点的平面有无数个,故 $ \mathrm{C} $ 错误;

对于 $ \mathrm{D} $ ,经过两条平行直线,有且只有一个平面, $ \mathrm{D} $ 正确.故选 $ \mathrm{A}\mathrm{C} $ .


3.如图,在正方体 $ ABCD-{A}_{1}{B}_{1}{C}_{1}{D}_{1} $ 中, $ E $ 为棱 $ {D}_{1}{C}_{1} $ 上靠近点 $ {D}_{1} $ 的三等分点.设 $ AE $ 与平面 $ B{B}_{1}{D}_{1}D $ 的交点为 $ O $ ,则(      )

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A.三点 $ {D}_{1} $ , $ O $ , $ B $ 共线,且 $ OB=2O{D}_{1} $

B.三点 $ {D}_{1} $ , $ O $ , $ B $ 共线,且 $ OB=3O{D}_{1} $

C.三点 $ {D}_{1} $ , $ O $ , $ B $ 不共线,且 $ OB=2O{D}_{1} $

D.三点 $ {D}_{1} $ , $ O $ , $ B $ 不共线,且 $ OB=3O{D}_{1} $

答案:B
解析:

如图,连接 $ A{D}_{1} $ , $ B{C}_{1} $ , $ B{D}_{1} $ ,

$ \because O\in $ 直线 $ AE $ , $ AE\subset $ 平面 $ AB{C}_{1}{D}_{1} $ ,

$ \therefore O\in $ 平面 $ AB{C}_{1}{D}_{1} $ .

又 $ \because O\in $ 平面 $ B{B}_{1}{D}_{1}D $ ,平面 $ AB{C}_{1}{D}_{1}\cap $ 平面 $ B{B}_{1}{D}_{1}D=B{D}_{1} $ , $ \therefore O\in $ 直线 $ B{D}_{1} $ , $ \therefore {D}_{1} $ , $ O $ , $ B $ 三点共线.

$ \because AB//{C}_{1}{D}_{1} $ , $ \therefore △ABO\sim △E{D}_{1}O $ , $ \therefore OB:O{D}_{1}=AB:E{D}_{1}=3:1 $ , $ \therefore OB=3O{D}_{1} $ .

故选 $ \mathrm{B} $ .

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4.如图,在四棱锥 $ E-ABCD $ 中,点 $ G $ 在正方形 $ ABCD $ 内,点 $ F $ 在 $ BE $ 上,若 $ DF $ 与 $ EG $ 相交,则下列说法一定正确的是(      )

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A.点 $ G $ 在 $ AC $ 上

B. $ BG=GD $

C. $ AG=GD $

D.直线 $ EB $ , $ GD $ 交于点 $ B $

答案:D
解析:

因为 $ DF $ 与 $ EG $ 相交,所以在平面 $ EFGD $ 中, $ B\in $ 平面 $ EFGD $ , $ D\in $ 平面 $ EFGD $ ,又 $ B\in $ 平面 $ ABCD $ , $ D\in $ 平面 $ ABCD $ ,所以平面 $ EFGD\cap $ 平面 $ ABCD=BD $ ,又 $ G\in $ 平面 $ EFGD $ , $ G $ 在正方形 $ ABCD $ 内,所以 $ G $ 在线段 $ BD $ 上,且可为任意一点,所以直线 $ EB $ , $ GD $ 交于点 $ B $ ,故 $ \mathrm{A} $ , $ \mathrm{B} $ , $ \mathrm{C} $ 错误, $ \mathrm{D} $ 正确.故选 $ \mathrm{D} $ .


5.(多选)已知正方体 $ ABCD-{A}_{1}{B}_{1}{C}_{1}{D}_{1} $ 中, $ O $ 为 $ {B}_{1}{D}_{1} $ 的中点,直线 $ {A}_{1}C $ 交平面 $ A{B}_{1}{D}_{1} $ 于点 $ M $ ,则下列结论正确的是(      )(多选)

A. $ A $ , $ M $ , $ O $ 三点共线

B. $ A $ , $ M $ , $ O $ , $ {A}_{1} $ 四点共面

C. $ A $ , $ O $ , $ C $ , $ M $ 四点共面

D. $ B $ , $ {B}_{1} $ , $ O $ , $ M $ 四点共面

答案:ABC
解析:

如图,连接 $ {A}_{1}{C}_{1} $ , $ AC $ , $ AO $ ,因为 $ O $ 为 $ {B}_{1}{D}_{1} $ 的中点,所以 $ {A}_{1}{C}_{1}\cap {B}_{1}{D}_{1}=O $ ,平面 $ A{A}_{1}{C}_{1}C\cap $ 平面 $ A{B}_{1}{D}_{1}=AO $ ,

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因为 $ {A}_{1}C\cap $ 平面 $ A{B}_{1}{D}_{1}=M $ , $ {A}_{1}C\subset $ 平面 $ A{A}_{1}{C}_{1}C $ ,所以点 $ M $ 是平面 $ A{A}_{1}{C}_{1}C $ 和平面 $ A{B}_{1}{D}_{1} $ 的交点,所以 $ M\in AO $ ,即 $ A $ , $ M $ , $ O $ 三点共线,故 $ \mathrm{A} $ 正确;

因为 $ A $ , $ M $ , $ O $ 三点共线,所以 $ A $ , $ M $ , $ O $ , $ {A}_{1} $ 四点共面, $ A $ , $ O $ , $ C $ , $ M $ 四点共面,故 $ \mathrm{B} $ , $ \mathrm{C} $ 正确;

取 $ AC $ 的中点为 $ {O}_{1} $ ,连接 $ O{O}_{1} $ 交 $ {A}_{1}C $ 于点 $ E $ ,由题意得 $ △{A}_{1}OM\sim △CAM $ , $ \dfrac{{A}_{1}O}{CA}=\dfrac{1}{2} $ ,所以 $ \dfrac{{A}_{1}M}{CM}=\dfrac{1}{2} $ ,即 $ M $ 为 $ {A}_{1}C $ 的三等分点,连接 $ BD $ ,因为 $ O $ , $ {B}_{1} $ , $ B $ 不共线, $ O $ , $ {B}_{1} $ , $ B\in $ 平面 $ B{B}_{1}{D}_{1}D $ ,平面 $ B{B}_{1}{D}_{1}D\cap {A}_{1}C=E $ , $ E $ 为 $ {A}_{1}C $ 的中点,所以点 $ M\notin $ 平面 $ B{B}_{1}{D}_{1}D $ ,即 $ B $ , $ {B}_{1} $ , $ O $ , $ M $ 四点不共面,故 $ \mathrm{D} $ 错误.

故选 $ \mathrm{A}\mathrm{B}\mathrm{C} $ .


6.如图,在正四棱锥 $ P-ABCD $ 中,点 $ E $ , $ F $ 分别为 $ PD $ , $ PB $ 的中点,点 $ G $ , $ H $ 分别为棱 $ AD $ , $ AB $ 上的一点,且 $ DG=3AG $ , $ BH=3AH $ .

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(1) 若 $ AB=3\sqrt{2} $ , $ PA=5 $ ,求四棱锥 $ P-ABCD $ 的体积;

(2) 求证: $ E $ , $ F $ , $ G $ , $ H $ 四点共面;

(3) 求证:直线 $ EG $ , $ FH $ , $ PA $ 交于一点.

答案:

(1) 【解】因为 $ AB=3\sqrt{2} $ , $ PA=5 $ ,

所以正四棱锥 $ P-ABCD $ 的高 $ h=\sqrt{P{A}^{2}-{\left(\dfrac{AB}{\sqrt{2}}\right) ^ {2}}}=\sqrt{{5}^{2}-{\left(\dfrac{3\sqrt{2}}{\sqrt{2}}\right) ^ {2}}}=4 $ ,

所以正四棱锥 $ P-ABCD $ 的体积 $ V=\dfrac{1}{3}×3\sqrt{2}×3\sqrt{2}×4=24 $ .

(2) 【证明】如图,连接 $ BD $ ,

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因为点 $ E $ , $ F $ 分别为 $ PD $ , $ PB $ 的中点,

所以 $ EF//BD $ .

因为点 $ G $ , $ H $ 分别为棱 $ AD $ , $ AB $ 上的一点,且 $ DG=3AG $ , $ BH=3AH $ ,

所以 $ GH//BD $ .

所以 $ EF//GH $ ,所以 $ E $ , $ F $ , $ H $ , $ G $ 四点共面.

(3) 【证明】由(2)知 $ EF//GH $ , $ EF=\dfrac{1}{2}BD $ , $ GH=\dfrac{1}{4}BD $ ,则 $ EF\ne GH $ ,

所以直线 $ EG $ , $ FH $ 相交,记交点为 $ M $ ,

所以 $ M\in EG $ ,又 $ EG\subset $ 平面 $ PAD $ ,

所以 $ M\in $ 平面 $ PAD $ ,

同理可得 $ M\in $ 平面 $ PAB $ ,

又平面 $ PAB\cap $ 平面 $ PAD=PA $ ,

所以 $ M\in PA $ ,即直线 $ EG $ , $ FH $ , $ PA $ 交于一点.

解析:

7.下列四个命题中为真命题的是(      )(多选)

A.过空间任意三点有且仅有一个平面

B.两两相交且不过同一点的三条直线必在同一平面内

C.和同一条直线相交的三条平行直线一定在同一个平面内

D.若空间四点不共面,则任意三点不共线

答案:BCD
解析:

对于 $ \mathrm{A} $ ,当三点在一条直线上时,过这三点有无数个平面, $ \mathrm{A} $ 为假命题;

对于 $ \mathrm{B} $ ,两两相交且不过同一点的三条直线必在同一平面内, $ \mathrm{B} $ 为真命题;

对于 $ \mathrm{C} $ ,如图,因为 $ a//b $ ,所以直线 $ a $ , $ b $ 确定一个平面 $ \alpha $ ,因为 $ b//c $ ,所以直线 $ b $ , $ c $ 确定一个平面 $ \beta $ ,则 $ l\subset \alpha $ , $ l\subset \beta $ ,又 $ b\subset \alpha $ , $ b\subset \beta $ ,由“经过两条相交直线,有且只有一个平面”可知 $ \alpha $ 与 $ \beta $ 重合,所以 $ a $ , $ b $ , $ c $ , $ l $ 共面, $ \mathrm{C} $ 为真命题;

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对于 $ \mathrm{D} $ ,若空间四点不共面,则任意三点不共线, $ \mathrm{D} $ 为真命题.

故选 $ \mathrm{B}\mathrm{C}\mathrm{D} $ .