50道立体几何轨迹问题 解析版.docx

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50道立体几何轨迹问题解析

一、多选题

1.如图,已知直四棱柱的底面是边长为4的正方形,,点为的中点,点为底面上的动点,则下列选项不正确的是(????)

A.当时,满足的点轨迹长度为

B.当时,满足的点的轨迹长度为

C.当时,存在唯一的点满足

D.当时,存在点满足

【答案】D

【分析】以D为坐标原点,DA,DC,DH所在直线分别为x,y,z轴建立空间直角坐标系,求得相应点的坐标,利用数量积的运算逐项判断.

【详解】解:以D为坐标原点,DA,DC,DH所在直线分别为x,y,z轴建立如图所示空间直角坐标系:

A.当时,,设,则,因为,所以,则,即,如图在平面EFGH中,建立平面直角坐标系,

记的圆心为O,与交于,,令,解得,,所以,其对应的圆弧长度为,根据对称性可知点P的轨迹长度为:,故正确;

B.当时,则,设,则,由,得,即,如图在平面EFGH中,建立平面直角坐标系,

则点P的轨迹方程表示的轨迹是线段NQ,而,故正确;

C.当时,则,设,则,由,

得,即,

解得,所以存在唯一的点满足,故正确;

D.当时,则,设点A关于平面EFGH的对称点为,

则,所以

故不存在点P满足,故错误,

故选:D

2.如图,所在平面和四边形所在平面垂直,,,,,,若,点M为的中点,则(????)

A.四面体的体积为定值

B.点P在内的轨迹是椭圆的一部分

C.点M到直线的距离d的取值范围是

D.一定存在点P,使与所成角的余弦值为

【答案】BCD

【分析】根据,可得,再根据点的位置和椭圆的定义即可判断选项B;结合选项B的结论得到的面积不固定,利用体积的计算公式即可判断选项A;取的中点为N,连接,结合已知条件和中位线定理得到,再利用椭圆的性质即可判断选项C;

【详解】对于B,由题意知,所以,所以.由椭圆定义知,,点P在平面内的轨迹是椭圆的一部分(除去与AB共线时的点).故B正确;

对于A,因为点P在椭圆上运动,的面积不固定,而点M到平面的距离为,所以不为定值.故A错误;

对于C,如图,取的中点为N,连接,

则,且知,,

因为点P在椭圆上运动,其,故,

即,从而有.故C正确;

对于D,如图,因为所在平面和四边形所在平面垂直,所以在平面内,过的中点作垂直的直线为轴,以所在直线为轴,在平面内,过的中点作垂直的直线为轴,建立空间直角坐标系,在平面内,

不妨设点P的轨迹方程为,故设,

且,设直线与直线所成角为,

则,,

则向量与的夹角或其补角即为直线与直线所成角为

所以

设,则,

所以原式,而,故存在,点P满足要求,故D正确.

故选:BCD.

3.如图甲,在矩形中,,,为上一动点(不含端点),且满足将沿折起后,点在平面上的射影总在棱上,如图乙,则下列说法正确的有(????)

A.翻折后总有

B.当时,翻折后异面直线与所成角的余弦值为

C.当时,翻折后四棱锥的体积为

D.在点运动的过程中,点运动的轨迹长度为

【答案】ACD

【分析】根据线面垂直得出线线垂直,可判断A,作于,可得异面直线所成的角,判断B,作,设,,利用三角形相似可得,利用函数性质求出的范围判断D,求出棱锥的高,再由四棱锥体积公式计算可判断C.

【详解】在图乙中,因为点在平面上的射影在棱上,所以平面,

又平面,所以,又,,平面,所以平面,又平面,所以,故A正确;

如图,

在图乙中作于,连接,则,所以与所成角即为与所成角,又由平面可得平面,所以而,,则,即与所成角余弦值为,故B错误;

如上图,在图乙中作于,连接,则由平面可得,又,平面,所以平面,

又平面,则,在图甲中,如图,

作,则,,三点共线,设,,则由可得,即,又在图乙中有,

所以,所以,而,所以,,故D正确;

当时,,则,所以,

则,故C正确.

故选:ACD.

4.如图,正方体的棱长为3,E为AB的中点,,动点M在侧面内运动(含边界),则(????)

A.若∥平面,则点M的轨迹长度为

B.平面与平面ABCD的夹角的正切值为

C.平面截正方体所得的截面多边形的周长为

D.不存在一条直线l,使得l与正方体的所有棱所成的角都相等

【答案】ABC

【分析】

对于A、C项,先作出平面截正方体所得的截面,通过构造面面平行得出M轨迹及截面多边形周长;

对于B项,作出二面角计算即可;对于D项,可知所有与体对角线平行的线与正方体各棱夹角都相等.

【详解】

如图所示,

分别延长DC、D1F交于点N,连接NE并延长交DA的延长线于G点,交CB于O点,连接D1G交A1A于H点,则五边形D1FOEH为平面截正方体所得的截面,在侧面中作PQ∥D1H,可得M轨迹为线段PQ,

由已知及平行线分线段成比例可得:,

,所以,即,A

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