2025年创新设计高考总复习数学浙江专版
注:目前有些书本章节名称可能整理的还不是很完善,但都是按照顺序排列的,请同学们按照顺序仔细查找。练习册 2025年创新设计高考总复习数学浙江专版 答案主要是用来给同学们做完题方便对答案用的,请勿直接抄袭。
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(2024·新高考Ⅱ卷)如图,平面四边形 $ ABCD $ 中,$ AB = 8 $,$ CD = 3 $,$ AD = 5\sqrt{3} $,$ \angle ADC = 90^{\circ} $,$ \angle BAD = 30^{\circ} $,点 $ E $,$ F $ 满足 $ \overrightarrow{AE} = \frac{2}{5}\overrightarrow{AD} $,$ \overrightarrow{AF} = \frac{1}{2}\overrightarrow{AB} $。将 $ \triangle AEF $ 沿 $ EF $ 翻折至 $ \triangle PEF $,使得 $ PC = 4\sqrt{3} $。
(1)证明:$ EF \perp PD $;
(2)求平面 $ PCD $ 与平面 $ PBF $ 所成的二面角的正弦值。

(1)证明:$ EF \perp PD $;
(2)求平面 $ PCD $ 与平面 $ PBF $ 所成的二面角的正弦值。
$\frac{8\sqrt{65}}{65}$
$\frac{8\sqrt{65}}{65}$
$\frac{8\sqrt{65}}{65}$
$\frac{8\sqrt{65}}{65}$
$\frac{8\sqrt{65}}{65}$
$\frac{8\sqrt{65}}{65}$
$\frac{8\sqrt{65}}{65}$
$\frac{8\sqrt{65}}{65}$
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$\frac{8\sqrt{65}}{65}$
$\frac{8\sqrt{65}}{65}$
$\frac{8\sqrt{65}}{65}$
$\frac{8\sqrt{65}}{65}$
$\frac{8\sqrt{65}}{65}$
答案:
(1)证明 由题意知,$AE = \frac{2}{5}AD = 2\sqrt{3}$,$AF = \frac{1}{2}AB = 4$,又$\angle BAD = 30^{\circ}$,所以由余弦定理得$EF^{2} = AE^{2} + AF^{2} - 2AE \cdot AF \cdot \cos 30^{\circ} = 4$,故$EF = 2$。又$EF^{2} + AE^{2} = AF^{2}$,所以$EF \perp AE$。由$EF \perp AE$及翻折的性质知$EF \perp PE$,$EF \perp ED$,又$ED \cap PE = E$,$ED$,$PE \subset$平面$PED$,所以$EF \perp$平面$PED$。又$PD \subset$平面$PED$,所以$EF \perp PD$。
(2)解 法一 如图,连接$CE$,由题意知$DE = 3\sqrt{3}$,$CD = 3$,$\angle CDE = 90^{\circ}$,故$CE = \sqrt{DE^{2} + CD^{2}} = 6$。又$PE = AE = 2\sqrt{3}$,$PC = 4\sqrt{3}$,所以$PE^{2} + CE^{2} = PC^{2}$,故$PE \perp CE$。又$PE \perp EF$,$CE \cap EF = E$,$CE$,$EF \subset$平面$ABCD$,所以$PE \perp$平面$ABCD$。$EF$,$ED$,$PE$两两垂直,故以$E$为原点,$EF$,$ED$,$PE$所在直线分别为$x$,$y$,$z$轴建立空间直角坐标系,则$P(0,0,2\sqrt{3})$,$D(0,3\sqrt{3},0)$,$F(2,0,0)$,$A(0,-2\sqrt{3},0)$,$C(3,3\sqrt{3},0)$。
连接$PA$,则$\overrightarrow{PD} = (0,3\sqrt{3}, -2\sqrt{3})$,$\overrightarrow{DC} = (3,0,0)$,$\overrightarrow{AP} = (0,2\sqrt{3},2\sqrt{3})$,$\overrightarrow{AF} = (2,2\sqrt{3},0)$。设平面$PCD$的法向量$\boldsymbol{n}_{1} = (x_{1},y_{1},z_{1})$,则$\begin{cases} \boldsymbol{n}_{1} \cdot \overrightarrow{PD} = 3\sqrt{3}y_{1} - 2\sqrt{3}z_{1} = 0, \\ \boldsymbol{n}_{1} \cdot \overrightarrow{DC} = 3x_{1} = 0, \end{cases}$可取$\boldsymbol{n}_{1} = (0,2,3)$。设平面$PBF$即平面$PAF$的法向量$\boldsymbol{n}_{2} = (x_{2},y_{2},z_{2})$,则$\begin{cases} \boldsymbol{n}_{2} \cdot \overrightarrow{AP} = 2\sqrt{3}y_{2} + 2\sqrt{3}z_{2} = 0, \\ \boldsymbol{n}_{2} \cdot \overrightarrow{AF} = 2x_{2} + 2\sqrt{3}y_{2} = 0, \end{cases}$可取$\boldsymbol{n}_{2} = (\sqrt{3}, -1,1)$。$|\cos\langle\boldsymbol{n}_{1},\boldsymbol{n}_{2}\rangle| = \frac{|\boldsymbol{n}_{1} \cdot \boldsymbol{n}_{2}|}{|\boldsymbol{n}_{1}| \cdot |\boldsymbol{n}_{2}|} = \frac{1}{\sqrt{65}} = \frac{\sqrt{65}}{65}$。故平面$PCD$与平面$PBF$所成二面角的正弦值为$\sqrt{1 - \frac{1}{65}} = \frac{8\sqrt{65}}{65}$。法二 延长$FB$,$DC$交于点$G$,连接$PG$,点$G$,$P$是平面$PCD$与平面$PBF$的公共点,所以平面$PCD \cap$平面$PBF = PG$。通过计算得$CG = BG = BC = 2$,过点$F$作平面$PGD$的垂线,垂足为$M$,过$M$作$MN \perp PG$,交$PG$于$N$,连接$FN$,则$\angle FNM$是平面$PCD$与平面$PBF$所成的二面角的平面角。作$EQ \perp PD$于$Q$,由
(1)知$EF \perp$平面$PED$,$EF // CD$,所以$CD \perp EQ$,又$PD \perp EQ$,且$PD \cap CD = D$,$PD$,$CD \subset$平面$PGD$,所以$EQ \perp$平面$PGD$,$EQ$为点$E$到平面$PGD$的距离。由$EF // CD$,$CD \subset$平面$PGD$,$EF \not\subset$平面$PGD$,所以$EF //$平面$PGD$,则点$E$,$F$到平面$PGD$的距离相等,所以$FM = EQ$。在$Rt \triangle PED$中,$EQ = \frac{PE \cdot ED}{PD} = \frac{2\sqrt{3} \cdot 3\sqrt{3}}{\sqrt{39}} = \frac{18}{\sqrt{39}}$,所以$FM = EQ = \frac{18}{\sqrt{39}}$。在$Rt \triangle EDG$中,$EG^{2} = (3\sqrt{3})^{2} + 5^{2} = 52$,在$Rt \triangle PEG$中,$PG = \sqrt{(2\sqrt{3})^{2} + 5^{2}} = \sqrt{64} = 8$,在$Rt \triangle PFG$中,$\cos\angle PGF = \frac{6^{2} + 8^{2} - 4^{2}}{2 × 6 × 8} = \frac{7}{8}$,$\sin\angle PGF = \frac{\sqrt{15}}{8}$,因为$FN \perp PG$,所以$FN = FG \cdot \sin\angle PGF = 6 × \frac{\sqrt{15}}{8} = \frac{3\sqrt{15}}{4}$,所以平面$PCD$与平面$PBF$所成角的二面角的正弦值为$\sin\angle FNM = \frac{FM}{FN} = \frac{18}{\sqrt{39}} × \frac{4}{3\sqrt{15}} = \frac{8\sqrt{65}}{65}$。
(1)证明 由题意知,$AE = \frac{2}{5}AD = 2\sqrt{3}$,$AF = \frac{1}{2}AB = 4$,又$\angle BAD = 30^{\circ}$,所以由余弦定理得$EF^{2} = AE^{2} + AF^{2} - 2AE \cdot AF \cdot \cos 30^{\circ} = 4$,故$EF = 2$。又$EF^{2} + AE^{2} = AF^{2}$,所以$EF \perp AE$。由$EF \perp AE$及翻折的性质知$EF \perp PE$,$EF \perp ED$,又$ED \cap PE = E$,$ED$,$PE \subset$平面$PED$,所以$EF \perp$平面$PED$。又$PD \subset$平面$PED$,所以$EF \perp PD$。
(2)解 法一 如图,连接$CE$,由题意知$DE = 3\sqrt{3}$,$CD = 3$,$\angle CDE = 90^{\circ}$,故$CE = \sqrt{DE^{2} + CD^{2}} = 6$。又$PE = AE = 2\sqrt{3}$,$PC = 4\sqrt{3}$,所以$PE^{2} + CE^{2} = PC^{2}$,故$PE \perp CE$。又$PE \perp EF$,$CE \cap EF = E$,$CE$,$EF \subset$平面$ABCD$,所以$PE \perp$平面$ABCD$。$EF$,$ED$,$PE$两两垂直,故以$E$为原点,$EF$,$ED$,$PE$所在直线分别为$x$,$y$,$z$轴建立空间直角坐标系,则$P(0,0,2\sqrt{3})$,$D(0,3\sqrt{3},0)$,$F(2,0,0)$,$A(0,-2\sqrt{3},0)$,$C(3,3\sqrt{3},0)$。
(1)知$EF \perp$平面$PED$,$EF // CD$,所以$CD \perp EQ$,又$PD \perp EQ$,且$PD \cap CD = D$,$PD$,$CD \subset$平面$PGD$,所以$EQ \perp$平面$PGD$,$EQ$为点$E$到平面$PGD$的距离。由$EF // CD$,$CD \subset$平面$PGD$,$EF \not\subset$平面$PGD$,所以$EF //$平面$PGD$,则点$E$,$F$到平面$PGD$的距离相等,所以$FM = EQ$。在$Rt \triangle PED$中,$EQ = \frac{PE \cdot ED}{PD} = \frac{2\sqrt{3} \cdot 3\sqrt{3}}{\sqrt{39}} = \frac{18}{\sqrt{39}}$,所以$FM = EQ = \frac{18}{\sqrt{39}}$。在$Rt \triangle EDG$中,$EG^{2} = (3\sqrt{3})^{2} + 5^{2} = 52$,在$Rt \triangle PEG$中,$PG = \sqrt{(2\sqrt{3})^{2} + 5^{2}} = \sqrt{64} = 8$,在$Rt \triangle PFG$中,$\cos\angle PGF = \frac{6^{2} + 8^{2} - 4^{2}}{2 × 6 × 8} = \frac{7}{8}$,$\sin\angle PGF = \frac{\sqrt{15}}{8}$,因为$FN \perp PG$,所以$FN = FG \cdot \sin\angle PGF = 6 × \frac{\sqrt{15}}{8} = \frac{3\sqrt{15}}{4}$,所以平面$PCD$与平面$PBF$所成角的二面角的正弦值为$\sin\angle FNM = \frac{FM}{FN} = \frac{18}{\sqrt{39}} × \frac{4}{3\sqrt{15}} = \frac{8\sqrt{65}}{65}$。
典例
已知 $ \triangle ABC $ 与 $ \triangle BCD $ 所在平面垂直,且 $ AB = BC = BD $,$ \angle ABC = \angle DBC = 120^{\circ} $,则二面角 $ A - BD - C $ 的余弦值为____。
提醒:课后完成《一轮对点 91 练》B 本对点练 60
已知 $ \triangle ABC $ 与 $ \triangle BCD $ 所在平面垂直,且 $ AB = BC = BD $,$ \angle ABC = \angle DBC = 120^{\circ} $,则二面角 $ A - BD - C $ 的余弦值为____。
提醒:课后完成《一轮对点 91 练》B 本对点练 60
答案:
$-\frac{\sqrt{5}}{5}$ [过$A$作$AE \perp CB$的延长线于$E$,连接$DE$,$\because$平面$ABC \perp$平面$BCD$,平面$ABC \cap$平面$BCD = BC$,$AE \subset$平面$ABC$,$\therefore AE \perp$平面$BCD$,$\therefore E$点即为点$A$在平面$BCD$内的射影,$\therefore \triangle BDE$为$\triangle ABD$在平面$BCD$内的射影。设$AB = a$,则$AE = DE = AB \cdot \sin 60^{\circ} = \frac{\sqrt{3}}{2}a$,$\therefore AD = \frac{\sqrt{6}}{2}a$,由余弦定理可得$\cos\angle ABD = \frac{1}{4}$,$\therefore \sin\angle ABD = \frac{\sqrt{15}}{4}$,$\therefore S_{\triangle ABD} = \frac{1}{2}a^{2} × \frac{\sqrt{15}}{4} = \frac{\sqrt{15}}{8}a^{2}$,又$BE = \frac{1}{2}a$,$\therefore S_{\triangle BDE} = \frac{1}{2} × \frac{\sqrt{3}}{2}a × \frac{1}{2}a = \frac{\sqrt{3}}{8}a^{2}$,设二面角$A - BD - E$为$\theta$,$\therefore \cos\theta = \frac{S_{\triangle BDE}}{S_{\triangle ABD}} = \frac{\sqrt{5}}{5}$。而二面角$A - BD - C$与二面角$A - BD - E$互补,$\therefore$二面角$A - BD - C$的余弦值为$-\frac{\sqrt{5}}{5}$。]
$-\frac{\sqrt{5}}{5}$ [过$A$作$AE \perp CB$的延长线于$E$,连接$DE$,$\because$平面$ABC \perp$平面$BCD$,平面$ABC \cap$平面$BCD = BC$,$AE \subset$平面$ABC$,$\therefore AE \perp$平面$BCD$,$\therefore E$点即为点$A$在平面$BCD$内的射影,$\therefore \triangle BDE$为$\triangle ABD$在平面$BCD$内的射影。设$AB = a$,则$AE = DE = AB \cdot \sin 60^{\circ} = \frac{\sqrt{3}}{2}a$,$\therefore AD = \frac{\sqrt{6}}{2}a$,由余弦定理可得$\cos\angle ABD = \frac{1}{4}$,$\therefore \sin\angle ABD = \frac{\sqrt{15}}{4}$,$\therefore S_{\triangle ABD} = \frac{1}{2}a^{2} × \frac{\sqrt{15}}{4} = \frac{\sqrt{15}}{8}a^{2}$,又$BE = \frac{1}{2}a$,$\therefore S_{\triangle BDE} = \frac{1}{2} × \frac{\sqrt{3}}{2}a × \frac{1}{2}a = \frac{\sqrt{3}}{8}a^{2}$,设二面角$A - BD - E$为$\theta$,$\therefore \cos\theta = \frac{S_{\triangle BDE}}{S_{\triangle ABD}} = \frac{\sqrt{5}}{5}$。而二面角$A - BD - C$与二面角$A - BD - E$互补,$\therefore$二面角$A - BD - C$的余弦值为$-\frac{\sqrt{5}}{5}$。]
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