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05立体几何初步★★★★☆
如图,在多面体 ABCDEFABCDEF 中,已知 ABCDABCD 是边长为 11 的正方形,且 △ADE\triangle ADE,△BCF\triangle BCF 均为正三角形,EF∥ABEF \parallel AB,EF=2EF = 2,则该多面体的体积为( )
\begin{solution} 建立空间直角坐标系,取正方形 ABCDABCD 所在平面为 z=0z=0,令 A(0,0,0)A(0,0,0),B(1,0,0)B(1,0,0),C(1,1,0)C(1,1,0),D(0,1,0)D(0,1,0). 设 E=(u,12,h)E=(u,\frac12,h),则由 △ADE\triangle ADE 为正三角形,得 u2+14+h2=1u^{2}+\frac14+h^{2}=1. 由于 EF∥ABEF\parallel AB 且 EF=2EF=2,可设 F=(u+2,12,h)F=(u+2,\frac12,h). 由 △BCF\triangle BCF 为正三角形,得 (u+1)2+14+h2=1(u+1)^{2}+\frac14+h^{2}=1. 两式相减得 u=−12u=-\frac12,再代回得 h2=12h^{2}=\frac12. 取 h=12h=\frac{1}{\sqrt{2}}.
记 z=thz=th(0⩽t⩽10\leqslant t\leqslant1)的水平截面为 KtK_t. 该截面是底面正方形与顶面线段 EFEF 按比例 1−t:t1-t:t 的凸组合,因此其两边长分别为 (1−t)⋅1+t⋅2=1+t(1-t)\cdot1+t\cdot2=1+t 和 (1−t)⋅1=1−t(1-t)\cdot1=1-t,从而 SKt=1−t2S_{K_t}=1-t^{2}. 所以多面体体积为 V=∫0h(1−z2h2) dz=2h3=23V=\displaystyle\int_{0}^{h}\left(1-\frac{z^{2}}{h^{2}}\right)\,\mathrm dz=\frac{2h}{3}=\frac{\sqrt{2}}{3}. 故选 A. \end{solution}
A.
23\frac{\sqrt{2}}{3}
B.
33\frac{\sqrt{3}}{3}
C.
43\frac{4}{3}
D.
32\frac{3}{2}

2005 · 全国 · 一卷 · 理 · 第 5 题 · 选择题

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11三角函数★★★★☆
在 △ABC\triangle ABC 中,已知 tan⁡A+B2=sin⁡C\tan \frac{A + B}{2} = \sin C,给出以下四个论断:
① tan⁡A⋅cot⁡B=1\tan A \cdot \cot B = 1; ② 0<sin⁡A+sin⁡B⩽20 < \sin A + \sin B \leqslant \sqrt{2}; ③ sin⁡2A+cos⁡2B=1\sin^2 A + \cos^2 B = 1; ④ cos⁡2A+cos⁡2B=sin⁡2C\cos^2 A + \cos^2 B = \sin^2 C.
其中正确的是( )
\begin{solution} 在三角形中 A+B=π−CA+B=\pi-C,所以 tan⁡A+B2=cot⁡C2=sin⁡C=2sin⁡C2cos⁡C2\displaystyle\tan\frac{A+B}{2}=\cot\frac C2=\sin C=2\sin\frac C2\cos\frac C2. 因为 0<C<π0<C<\pi,故 sin⁡C2\sin\frac C2 与 cos⁡C2\cos\frac C2 均为正,化简得 2sin⁡2C2=12\sin^{2}\frac C2=1,从而 C=π2C=\frac\pi2,即 A+B=π2A+B=\frac\pi2.
于是 sin⁡A+sin⁡B=2sin⁡A+B2cos⁡A−B2=2cos⁡A−B2\sin A+\sin B=2\sin\frac{A+B}{2}\cos\frac{A-B}{2}=\sqrt2\cos\frac{A-B}{2}. 由于 AA,B>0B>0,有 0<cos⁡A−B2⩽10<\cos\frac{A-B}{2}\leqslant1,故 \circled2\circled{2} 正确. 又 cos⁡B=sin⁡A\cos B=\sin A,所以 cos⁡2A+cos⁡2B=cos⁡2A+sin⁡2A=1=sin⁡2C\cos^{2}A+\cos^{2}B=\cos^{2}A+\sin^{2}A=1=\sin^{2}C,故 \circled4\circled{4} 正确.
例如取 A=π6A=\frac\pi6,B=π3B=\frac\pi3,则 C=π2C=\frac\pi2,题设条件成立,但 tan⁡A⋅cot⁡B=13≠1\tan A\cdot\cot B=\frac13\ne1,且 sin⁡2A+cos⁡2B=12≠1\sin^{2}A+\cos^{2}B=\frac12\ne1,故 \circled1\circled{1}、\circled3\circled{3} 不正确. 因此选 B. \end{solution}
A.
\circled1\circled3\circled{1}\circled{3}
B.
\circled2\circled4\circled{2}\circled{4}
C.
\circled1\circled4\circled{1}\circled{4}
D.
\circled2\circled3\circled{2}\circled{3}

2005 · 全国 · 一卷 · 理 · 第 11 题 · 选择题

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15平面向量★★★★☆
△ABC\triangle ABC 的外接圆的圆心为 OO,两条边上的高的交点为 HH,OH→=m(OA→+OB→+OC→)\overrightarrow{OH} = m(\overrightarrow{OA} + \overrightarrow{OB} + \overrightarrow{OC}),则实数 m=m =______.
\begin{solution} 以 OO 为原点,记 OA→=a\overrightarrow{OA}=\boldsymbol{a},OB→=b\overrightarrow{OB}=\boldsymbol{b},OC→=c\overrightarrow{OC}=\boldsymbol{c}. 因为 AA,BB,CC 在以 OO 为圆心的圆上,所以 ∣a∣=∣b∣=∣c∣|\boldsymbol{a}|=|\boldsymbol{b}|=|\boldsymbol{c}|. 令 h=a+b+c\boldsymbol{h}=\boldsymbol{a}+\boldsymbol{b}+\boldsymbol{c},取点 H0H_0 使 OH0→=h\overrightarrow{OH_0}=\boldsymbol{h}. 则 AH0→=h−a=b+c\overrightarrow{AH_0}=\boldsymbol{h}-\boldsymbol{a}=\boldsymbol{b}+\boldsymbol{c},BC→=c−b\overrightarrow{BC}=\boldsymbol{c}-\boldsymbol{b},从而 AH0→⋅BC→=∣c∣2−∣b∣2=0\overrightarrow{AH_0}\cdot\overrightarrow{BC}=|\boldsymbol{c}|^{2}-|\boldsymbol{b}|^{2}=0. 同理可得 BH0⊥ACBH_0\perp AC,所以点 H0H_0 是三角形的垂心,即 H0=HH_0=H,从而 OH→=a+b+c=OA→+OB→+OC→\overrightarrow{OH}=\boldsymbol{a}+\boldsymbol{b}+\boldsymbol{c}=\overrightarrow{OA}+\overrightarrow{OB}+\overrightarrow{OC}. 因此 (m−1)h=\bs0(m-1)\boldsymbol{h}=\bs0. 当 h≠\bs0\boldsymbol{h}\ne\bs0(即 ABCABC 不是等边三角形)时,m=1m=1,故按题目预期答案填 1. 若 ABCABC 为等边三角形,则 h=\bs0\boldsymbol{h}=\bs0,题设等式对任意 mm 都成立;题面未排除这一特殊情形. \end{solution}

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16立体几何初步★★★★☆
在正方体 ABCD−A′B′C′D′ABCD - A'B'C'D' 中,过对角线 BD′BD' 的一个平面交 AA′AA' 于 EE,交 CC′CC' 于 FF,则:
① 四边形 BFD′EBFD'E 一定是平行四边形; ② 四边形 BFD′EBFD'E 有可能是正方形; ③ 四边形 BFD′EBFD'E 在底面 ABCDABCD 内的投影一定是正方形; ④ 平面 BFD′EBFD'E 有可能垂直于平面 BB′DBB'D.
以上结论正确的为______.(写出所有正确结论的编号)
\begin{solution} 设正方体棱长为 aa,取坐标 A(0,0,0)A(0,0,0),B(a,0,0)B(a,0,0),C(a,a,0)C(a,a,0),D(0,a,0)D(0,a,0),A′(0,0,a)A'(0,0,a),D′(0,a,a)D'(0,a,a). 设 E=(0,0,ta)E=(0,0,ta),其中 0⩽t⩽10\leqslant t\leqslant1. 过 BB,D′D',EE 的平面方程可写为 tx+ty−y+z−ta=0tx+ty-y+z-ta=0. 令 x=y=ax=y=a,得到 F=(a,a,(1−t)a)F=(a,a,(1-t)a).
于是 BF→=(0,a,(1−t)a)=ED′→\overrightarrow{BF}=(0,a,(1-t)a)=\overrightarrow{ED'},且 FD′→=(−a,0,ta)=BE→\overrightarrow{FD'}=(-a,0,ta)=\overrightarrow{BE},所以四边形 BFD′EBFD'E 一定是平行四边形,\circled1\circled{1} 正确. 它在底面 ABCDABCD 上的投影四个顶点为 BB,CC,DD,AA,故投影一定是正方形,\circled3\circled{3} 正确.
相邻两边的内积为 BF→⋅FD′→=a2t(1−t)\overrightarrow{BF}\cdot\overrightarrow{FD'}=a^{2}t(1-t). 若平行四边形为正方形,须有 t=0t=0 或 t=1t=1,但此时两邻边长度分别为 aa 与 a2a\sqrt2,不相等,所以 \circled2\circled{2} 不正确.
平面 BFD′EBFD'E 的一个法向量可取 (t,t−1,1)(t,t-1,1),平面 BB′DBB'D 的一个法向量可取 (1,1,0)(1,1,0). 当 t=12t=\frac12 时两法向量的内积为 00,故此时两平面垂直,\circled4\circled{4} 正确. 所以正确结论为 \circled1\circled{1}、\circled3\circled{3}、\circled4\circled{4}. \end{solution}

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