2019版高考數(shù)學(xué)大一輪復(fù)習(xí) 第八章 立體幾何初步 第1節(jié) 簡單幾何體的結(jié)構(gòu)、三視圖和直觀圖學(xué)案 北師大版
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1、 第1節(jié) 簡單幾何體的結(jié)構(gòu)、三視圖和直觀圖 最新考綱 1.認(rèn)識柱、錐、臺、球及其簡單組合體的結(jié)構(gòu)特征,并能運用這些特征描述現(xiàn)實生活中簡單物體的結(jié)構(gòu);2.能畫出簡單空間圖形(長方體、球、圓柱、圓錐、棱柱等的簡易組合)的三視圖,能識別上述三視圖所表示的立體模型,會用斜二測畫法畫出它們的直觀圖;3.會用平行投影方法畫出簡單空間圖形的三視圖與直觀圖,了解空間圖形的不同表示形式. 知 識 梳 理 1.簡單幾何體的結(jié)構(gòu)特征 (1)多面體 ①棱柱:兩個面互相平行,其余各面都是四邊形,并且每相鄰兩個四邊形的公共邊互相平行,這些面圍成的幾何體叫作棱柱. ②棱錐:有一個面是多邊形,其余各面是有一
2、個公共頂點的三角形,這些面圍成的幾何體叫作棱錐. ③棱臺:用一個平行于棱錐底面的平面去截棱錐,底面與截面之間的部分叫作棱臺. (2)旋轉(zhuǎn)體 ①圓錐可以由直角三角形繞其任一直角邊旋轉(zhuǎn)得到. ②圓臺可以由直角梯形繞直角腰或等腰梯形繞上下底中點連線旋轉(zhuǎn)得到,也可由平行于圓錐底面的平面截圓錐得到. ③球可以由半圓或圓繞直徑旋轉(zhuǎn)得到. 2.三視圖 (1)三視圖的名稱 幾何體的三視圖包括主視圖、左視圖、俯視圖. (2)三視圖的畫法 ①畫三視圖時,重疊的線只畫一條,擋住的線要畫成虛線. ②三視圖的主視圖、左視圖、俯視圖分別是從幾何體的正前方、正左方、正上方觀察幾何體得到的正投影圖.
3、③觀察簡單組合體是由哪幾個簡單幾何體組成的,并注意它們的組成方式,特別是它們的交線位置. 3.直觀圖 簡單幾何體的直觀圖常用斜二測畫法來畫,其規(guī)則是: (1)在已知圖形中建立直角坐標(biāo)系xOy.畫直觀圖時,它們分別對應(yīng)x′軸和y′軸,兩軸交于點O′,使∠x′O′y′=45°,它們確定的平面表示水平平面; (2)已知圖形中平行于x軸或y軸的線段,在直觀圖中分別畫成平行于x′軸和y′軸的線段; (3)已知圖形中平行于x軸的線段,在直觀圖中保持原長度不變;平行于y軸的線段,長度為原來的. [常用結(jié)論與微點提醒] 1.臺體可以看成是由錐體截得的,易忽視截面與底面平行且側(cè)棱延長后必交于一點.
4、 2.簡單幾何體不同放置時其三視圖不一定相同. 3.常見旋轉(zhuǎn)體的三視圖 (1)球的三視圖都是半徑相等的圓. (2)水平放置的圓錐、圓臺、圓柱的主視圖和左視圖分別均為全等的等腰三角形、等腰梯形、矩形. 診 斷 自 測 1.思考辨析(在括號內(nèi)打“√”或“×”) (1)有兩個面平行,其余各面都是平行四邊形的幾何體是棱柱.( ) (2)有一個面是多邊形,其余各面都是三角形的幾何體是棱錐.( ) (3)用斜二測畫法畫水平放置的∠A時,若∠A的兩邊分別平行于x軸和y軸,且∠A=90°,則在直觀圖中,∠A=45°.( ) (4)正方體、球、圓錐各自的三視圖中,三視圖均相同.( )
5、 解析 (1)反例:由兩個平行六面體上下組合在一起的圖形滿足條件,但不是棱柱. (2)反例:如圖所示圖形不是棱錐. (3)用斜二測畫法畫水平放置的∠A時,把x,y軸畫成相交成45°或135°,平行于x軸的線還平行于x軸,平行于y軸的線還平行于y軸,所以∠A也可能為135°. (4)正方體和球的三視圖均相同,而圓錐的主視圖和左視圖相同,且為等腰三角形, 其俯視圖為圓心和圓. 答案 (1)× (2)× (3)× (4)× 2.(教材習(xí)題改編)如圖,長方體ABCD-A′B′C′D′中被截去一部分,其中EH∥A′D′.剩下的幾何體是( ) A.棱臺 B.四棱柱 C.五棱柱
6、 D.六棱柱 解析 由幾何體的結(jié)構(gòu)特征,剩下的幾何體為五棱柱. 答案 C 3.(2016·天津卷)將一個長方體沿相鄰三個面的對角線截去一個棱錐,得到的幾何體的主視圖與俯視圖如圖所示,則該幾何體的左視圖為( ) 解析 先根據(jù)主視圖和俯視圖還原出幾何體,再作其左視圖.由幾何體的主視圖和俯視圖可知該幾何體為圖①,故其左視圖為圖②. 答案 B 4.(一題多解)(2017·全國Ⅱ卷)如圖,網(wǎng)格紙上小正方形的邊長為1,粗實線畫出的是某幾何體的三視圖,該幾何體由一平面將一圓柱截去一部分后所得,則該幾何體的體積為( ) A.90π B.63π C.42π
7、 D.36π
解析 法一 (割補(bǔ)法)由幾何體的三視圖可知,該幾何體是一個圓柱被截去上面虛線部分所得,如圖所示.
將圓柱補(bǔ)全,并將圓柱體從點A處水平分成上下兩部分.由圖可知,該幾何體的體積等于下部分圓柱的體積加上上部分圓柱體積的,所以該幾何體的體積V=π×32×4+π×32×6×=63π.
法二 (估值法)由題意知,V圓柱 8、△OAB的直觀圖O′A′B′(如圖).D′為O′A′的中點.易知D′B′=DB(D為OA的中點),∴S△O′A′B′=×S△OAB=×a2=a2.
答案 a2
考點一 簡單幾何體的結(jié)構(gòu)特征
【例1】 (1)給出下列命題:
①在圓柱的上、下底面的圓周上各取一點,則這兩點的連線是圓柱的母線;
②直角三角形繞其任一邊所在直線旋轉(zhuǎn)一周所形成的幾何體都是圓錐;
③棱臺的上、下底面可以不相似,但側(cè)棱長一定相等.
其中正確命題的個數(shù)是( )
A.0 B.1 C.2 D.3
(2)以下命題:
①以直角梯形的一腰所在直線為軸旋轉(zhuǎn)一周所得的旋轉(zhuǎn)體是圓臺;
②圓柱、圓錐、圓臺 9、的底面都是圓面;
③一個平面截圓錐,得到一個圓錐和一個圓臺.
其中正確命題的個數(shù)為( )
A.0 B.1 C.2 D.3
解析 (1)①不一定,只有當(dāng)這兩點的連線平行于軸時才是母線;
②不一定,當(dāng)以斜邊所在直線為旋轉(zhuǎn)軸時,其余兩邊旋轉(zhuǎn)形成的面所圍成的幾何體不是圓錐,如圖所示,它是由兩個同底圓錐組成的幾何體;③錯誤,棱臺的上、下底面相似且是對應(yīng)邊平行的多邊形,各側(cè)棱延長線交于一點,但是側(cè)棱長不一定相等.
(2)由圓臺的定義可知①錯誤,②正確.對于命題③,只有平行于圓錐底面的平面截圓錐,才能得到一個圓錐和一個圓臺,③不正確.
答案 (1)A (2)B
規(guī)律方法 1.關(guān) 10、于簡單幾何體的結(jié)構(gòu)特征辨析關(guān)鍵是緊扣各種簡單幾何體的概念,要善于通過舉反例對概念進(jìn)行辨析,即要說明一個命題是錯誤的,只需舉一個反例.
2.圓柱、圓錐、圓臺的有關(guān)元素都集中在軸截面上,解題時要注意用好軸截面中各元素的關(guān)系.
3.既然棱(圓)臺是由棱(圓)錐定義的,所以在解決棱(圓)臺問題時,要注意“還臺為錐”的解題策略.
【訓(xùn)練1】 給出下列命題:
①棱柱的側(cè)棱都相等,側(cè)面都是全等的平行四邊形;
②在四棱柱中,若兩個過相對側(cè)棱的截面都垂直于底面,則該四棱柱為直四棱柱;
③存在每個面都是直角三角形的四面體;
④棱臺的側(cè)棱延長后交于一點.
其中正確命題的序號是________.
解 11、析?、俨徽_,根據(jù)棱柱的定義,棱柱的各個側(cè)面都是平行四邊形,但不一定全等;②正確,因為兩個過相對側(cè)棱的截面的交線平行于側(cè)棱,又垂直于底面;③正確,如圖,正方體ABCD-A1B1C1D1中的三棱錐C1-ABC,四個面都是直角三角形;
④正確,由棱臺的概念可知.
答案?、冖邰?
考點二 簡單幾何體的三視圖(多維探究)
命題角度1 由簡單幾何體的直觀圖判斷三視圖
【例2-1】 “牟合方蓋”是我國古代數(shù)學(xué)家劉徽在研究球的體積的過程中構(gòu)造的一個和諧優(yōu)美的幾何體.它由完全相同的四個曲面構(gòu)成,相對的兩個曲面在同一個圓柱的側(cè)面上,好似兩個扣合(牟合)在一起的方形傘(方蓋).其直觀圖如圖,圖中四邊形是為 12、體現(xiàn)其直觀性所作的輔助線.當(dāng)其主視圖和左視圖完全相同時,它的俯視圖可能是( )
解析 由直觀圖知,俯視圖應(yīng)為正方形,又上半部分相鄰兩曲面的交線為可見線,在俯視圖中應(yīng)為實線,因此,選項B可以是幾何體的俯視圖.
答案 B
命題角度2 由三視圖判斷幾何體
【例2-2】 (1)(2014·全國Ⅰ卷)如圖,網(wǎng)格紙的各小格都是正方形,粗實線畫出的是一個幾何體的三視圖,則這個幾何體是( )
A.三棱錐 B.三棱柱
C.四棱錐 D.四棱柱
(2)(2017·北京卷)某四棱錐的三視圖如圖所示,則該四棱錐的最長棱的長度為( )
A.3 B.2 C.2 13、D.2
解析 (1)由題知,該幾何體的三視圖為一個三角形、兩個四邊形,經(jīng)分析可知該幾何體為三棱柱.
(2)由三視圖知可把四棱錐放在一個正方體內(nèi)部,四棱錐為D-BCC1B1,最長棱為DB1,且DB1=
==2.
答案 (1)B (2)B
規(guī)律方法 1.由直觀圖確定三視圖,一要根據(jù)三視圖的含義及畫法和擺放規(guī)則確認(rèn).二要熟悉常見幾何體的三視圖.
2.由三視圖還原到直觀圖的思路
(1)根據(jù)俯視圖確定幾何體的底面.
(2)根據(jù)主視圖或左視圖確定幾何體的側(cè)棱與側(cè)面的特征,調(diào)整實線和虛線所對應(yīng)的棱、面的位置.
(3)確定幾何體的直觀圖形狀.
【訓(xùn)練2】 (1)(2018·惠州模擬)如圖, 14、在底面邊長為1,高為2的正四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,點P是平面A1B1C1D1內(nèi)一點,則三棱錐P-BCD的主視圖與左視圖的面積之和為( )
A.1 B.2 C.3 D.4
(2)(2017·浙江卷)某幾何體的三視圖如圖所示(單位:cm),則該幾何體的體積(單位:cm3)是( )
A.+1 B.+3 C.+1 D.+3
解析 (1)設(shè)點P在平面A1ADD1的射影為P′,在平面C1CDD1的射影為P″,如圖所示.
∴三棱錐P-BCD的主視圖與左視圖分別為△P′AD與△P″CD,
因此所求面積S=S△P′AD+S△P″CD
=×1×2+×1 15、×2=2.
(2)由三視圖可知,該幾何體是半個圓錐和一個三棱錐的組合體,半圓錐的底面半徑為1,高為3,三棱錐的底面積為×2×1=1,高為3.
故原幾何體體積為:V=×π×12×3×+1×3×=+1.
答案 (1)B (2)A
考點三 簡單幾何體的直觀圖
【例3】 有一塊多邊形的菜地,它的水平放置的平面圖形的斜二測直觀圖是直角梯形(如圖所示),∠ABC=45°,AB=AD=1,DC⊥BC,則這塊菜地的面積為________.
解析 如圖1,在直觀圖中,過點A作AE⊥BC,垂足為E.
在Rt△ABE中,AB=1,∠ABE=45°,∴BE=.
又四邊形AECD為矩形,AD=EC= 16、1.
∴BC=BE+EC=+1.
由此還原為原圖形如圖2所示,是直角梯形A′B′C′D′.
在梯形A′B′C′D′中,A′D′=1,B′C′=+1,A′B′=2.
∴這塊菜地的面積S=(A′D′+B′C′)·A′B′
=××2=2+.
答案 2+
規(guī)律方法 1.畫幾何體的直觀圖一般采用斜二測畫法,其規(guī)則可以用“斜”(兩坐標(biāo)軸成45°或135°)和“二測”(平行于y軸的線段長度減半,平行于x軸和z軸的線段長度不變)來掌握.對直觀圖的考查有兩個方向,一是已知原圖形求直觀圖的相關(guān)量,二是已知直觀圖求原圖形中的相關(guān)量.
2.按照斜二測畫法得到的平面圖形的直觀圖,其面積與原圖形的面積的關(guān) 17、系:S直觀圖=S原圖形.
【訓(xùn)練3】 已知等腰梯形ABCD,上底CD=1,腰AD=CB=,下底AB=3,以下底所在直線為x軸,則由斜二測畫法畫出的直觀圖A′B′C′D′的面積為________.
解析 如圖所示,作出等腰梯形ABCD的直觀圖.
因為OE==1,所以O(shè)′E′=,E′F=.
則直觀圖A′B′C′D′的面積S′=×=.
答案
基礎(chǔ)鞏固題組
(建議用時:25分鐘)
一、選擇題
1.某簡單幾何體的主視圖是三角形,則該幾何體不可能是( )
A.圓柱 B.圓錐 C.四面體 D.三棱柱
解析 由三視圖知識知圓錐、四面體、三棱柱(放倒看)都能使其 18、主視圖為三角形,而圓柱的主視圖不可能為三角形.
答案 A
2.(2018·衡水中學(xué)月考)將長方體截去一個四棱錐后得到的幾何體如圖所示,則該幾何體的左視圖為( )
解析 易知左視圖的投影面為矩形,又AF的投影線為虛線,即為左下角到右上角的對角線,∴該幾何體的左視圖為選項D.
答案 D
3.(2017·北京卷)某三棱錐的三視圖如圖所示,則該三棱錐的體積為( )
A.60 B.30 C.20 D.10
解析 由三視圖知可把三棱錐放在一個長方體內(nèi)部,即三棱錐A1-BCD,VA1-BCD=××3×5×4=10.
答案 D
4.如圖是一幾何體的直觀圖、主視 19、圖和俯視圖,該幾何體的左視圖為( )
解析 由直觀圖和主視圖、俯視圖可知,該幾何體的左視圖應(yīng)為面PAD,且EC投影在面PAD上且為實線,點E的投影點為PA的中點,故B正確.
答案 B
5.下列結(jié)論正確的是( )
A.各個面都是三角形的幾何體是三棱錐
B.夾在圓柱的兩個平行截面間的幾何體還是一個旋轉(zhuǎn)體
C.棱錐的側(cè)棱長與底面多邊形的邊長相等,則此棱錐可能是六棱錐
D.圓錐的頂點與底面圓周上任意一點的連線都是母線
解析 如圖1知,A不正確.如圖2,兩個平行平面與底面不平行時,截得的幾何體不是旋轉(zhuǎn)體,則B不正確.
若六棱錐的所有棱長都相等,則底面多邊形是正六邊形.由 20、幾何圖形知,若以正六邊形為底面,側(cè)棱長必然要大于底面邊長,C錯誤.由母線的概念知,選項D正確.
答案 D
6.某幾何體的主視圖和左視圖均為如圖所示的圖形,則在下圖的四個圖中可以作為該幾何體的俯視圖的是( )
A.①③ B.①④
C.②④ D.①②③④
解析 由主視圖和左視圖知,該幾何體為球與正四棱柱或球與圓柱體的組合體,故①③正確.
答案 A
7.(2015·全國Ⅱ卷)一個正方體被一個平面截去一部分后,剩余部分的三視圖如右圖,則截去部分體積與剩余部分體積的比值為( )
A. B.
C. D.
解析 由已知三視圖知該幾何體是由一個正方體截去 21、了一個“大角”后剩余的部分,如圖所示,截去部分是一個三棱錐.設(shè)正方體的棱長為1,則三棱錐的體積為V1=××1×1×1=.
剩余部分的體積V2=13-=,因此,=.
答案 D
8.(2018·上饒模擬)某三棱錐的三視圖如圖所示,其左視圖為直角三角形,則該三棱錐最長的棱長等于( )
A.4 B.
C. D.5
解析 根據(jù)幾何體的三視圖,知該幾何體是底面為直角三角形,兩側(cè)面垂直于底面,高為5的三棱錐P-ABC(如圖所示).
棱錐最長的棱長PA==.
答案 C
二、填空題
9.(2018·龍巖聯(lián)考)一水平放置的平面四邊形OABC,用斜二測畫法畫出它的直觀圖O′ 22、A′B′C′如圖所示,此直觀圖恰好是一個邊長為1的正方形,則原平面四邊形OABC面積為________.
解析 因為直觀圖的面積是原圖形面積的倍,且直觀圖的面積為1,所以原圖形的面積為2.
答案 2
10.已知正方體的棱長為1,其俯視圖是一個面積為1的正方形,左視圖是一個面積為的矩形,則該正方體的主視圖的面積等于________.
解析 由題知此正方體的主視圖與左視圖是一樣的,主視圖的面積與左視圖的面積相等為.
答案
11.(2018·蘭州模擬)正四棱錐的底面邊長為2,側(cè)棱長均為,其主視圖和左視圖是全等的等腰三角形,則主視圖的周長為________.
解析 由題意知,主視圖就是 23、如圖所示的截面PEF,其中E,F(xiàn)分別是AD,BC的中點,連接AO,易得AO=,又PA=,于是解得PO=1,所以PE=,故其主視圖的周長為2+2.
答案 2+2
12.(2017·山東卷)由一個長方體和兩個圓柱構(gòu)成的幾何體的三視圖如圖,則該幾何體的體積為________.
解析 該幾何體由一個長、寬、高分別為2,1,1的長方體和兩個半徑為1,高為1的圓柱體構(gòu)成.
所以V=2×1×1+2××π×12×1=2+.
答案 2+
能力提升題組
(建議用時:10分鐘)
13.(2018·石家莊質(zhì)檢)一個三棱錐的主視圖和俯視圖如圖所示,則該三棱錐的左視圖可能為( )
解析 由 24、題圖可知,該幾何體為如圖所示的三棱錐,其中平面ACD⊥平面BCD.所以該三棱錐的左視圖可能為選項D.
答案 D
14.如圖是一個體積為10的簡單幾何體的三視圖,則圖中x的值為( )
A.2 B.3 C.4 D.5
解析 根據(jù)給定的三視圖可知,該幾何體對應(yīng)的直觀圖是一個長方體和四棱錐的組合體,所以幾何體的體積V=3×2×1+×3×2×x=10,解之得x=2.
答案 A
15.某三棱錐的三視圖如圖所示,則該三棱錐最長棱的棱長為________.
解析 由題中三視圖可知,三棱錐的直觀圖如圖所示,其中PA⊥平面ABC,M為AC的中點,且BM⊥AC.故該三棱錐的最長棱為PC.在Rt△PAC中,PC===2.
答案 2
16.(2016·北京卷)某四棱柱的三視圖如圖所示,則該四棱柱的體積為________.
解析 由題中三視圖可畫出長為2、寬為1、高為1的長方體,將該幾何體還原到長方體中,如圖所示,該幾何體為四棱柱ABCD-A′B′C′D′.
故該四棱柱的體積
V=Sh=×(1+2)×1×1=.
答案
15
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