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胡云端:专题复习——立体几何中的截面问题

 Hi老刘老师 2021-03-02

公众号“邹生书数学”创建于2018年8月28日。    

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邹生书,男,1962年12月出生,本科学历,理学士学位,中学数学高级教师,黄石市高中数学骨干教师。主要从事高中数学教学、高中数学解题研究和探究性学习等。从2007年8月到2018年8月,在《数学通讯》《数学通报》《数学教学》《中学数学》《中学数学教学》等,二十多种学术期刊上发表解题和探究性学习文章300余篇。



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专题复习

立体几何中的截面问题

湖北省安陆市涢东学校       胡云端

一、基本知识点

1.截面定义:在立体几何中,截面是指用一个平面去截一个几何体(包括圆柱、圆锥、球、棱柱、棱锥、长方体、正方体等等),得到的平面图形叫截面。其次,我们要清楚立体图形的截面方式,总共有三种,分别为横截、竖截、斜截。

2、正六面体的基本斜截面:

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正六面体斜截面是不会出现以下几种图形:直角三角形、钝角三角形、直角梯形、正五边形。

3、圆柱体的基本截面:

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技能要求:

技能1.结合线、面平行的判定定理与性质定理求截面问题;

技能2.结合线、面垂直的判定定理与性质定理求正方体中截面问题;

技能3.猜想法求最值问题:要灵活运用一些特殊图形与几何体的特征,“动中找静”:如正三角形、正六边形、正三棱锥等;

技能4.建立函数模型求最值问题:①设元②建立二次函数模型③求最值。

二、例题选讲:

例1.一个正方体内接于一个球,过这个球的球心作一平面,则截面图形不可能是(   )

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分析:考虑过球心的平面在转动过中,平面在球的内接正方体上截得的截面不可能是大圆的内接正方形,故选D。

例2.有一容积为1 立方单位的正方体容器ABCD-A1B1C1D1,在棱AB、BB1及对角线B1C的中点各有一小孔E、F、G,若此容器可以任意放置,则该容器可装水的最大容积是(   )

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例3【云南省昆明市2019-2020学年高三下学期1月月考数学】

某同学在参加《通用技术》实践课时,制作了一个工艺品,如图所示,该工艺品可以看成是一个球被一个棱长为4√3的正方体的六个面所截后剩余的部分(球心与正方体的中心重合),若其中一个截面圆的周长为4π,则该球的半径是(    )

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故选:C.

例5【2020届重庆南开中学高三第五次教学质量检测考试数学文科试题】

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【分析】首先利用正方体的棱是3组每组有互相平行的4条棱,所以与12条棱所成角相等,只需与从同一个顶点出发的三条棱所成角相等即可,从而判断出面的位置,截正方体所得的截面为一个正六边形,且边长是面的对角线的一半,应用面积公式求得结果.

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例9【新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市2019-2020学年高三第一次诊断性测试数学文试题】

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例11(2013安徽高考理)如图,正方体ABCD­A1B1C1D1的棱长为1,P为BC的中点,Q为线段CC1上的动点,过点A,P,Q的平面截该正方体所得的截面记为S.则下列命题正确的是________(写出所有正确命题的编号).

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故⑤正确.

【答案】①②③⑤

例12(2020南昌二模)已知正四棱锥PABCD中,△PAC是边长为3的等边三角形,点M是△PAC的重心,过点M作与平面PAC垂直的平面α,平面α与截面PAC交线段的长度为2,则平面α与正四棱锥PABCD表面交线所围成的封闭图形的面积可能为  (请将可能的结果序号横线上)

①2; ②2√3; ③3; ④3√3.

【分析】ACBDO,由PABCD为正四棱锥,知BO⊥平面PAC,过MMTBO,分别交PBPD于点TL,则MT⊥平面PAC,只需所作的平面α是包含TL且与截面PAC交线段的长度为2即可,数形结合,作出截面即可得到答案.

【解答】ACBDO,∵PABCD是正四棱锥,∴平面PAC⊥平面ABCDBOAC,平面PAC∩平面ABCDACBO⊂平面ABCDBO⊥平面PAC,过MMTBO,分别交棱PBPD于点TL,则MT⊥平面PAC由题意只需所作的平面α是包含TL且与截面PAC交线段的长度为2即可,又△PAC是边长为3的等边三角形,点M是△PAC的重心,MMQAC,分别交棱PAPC于点EQ

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如图2,过TTHGF,过LLQGF,由题意得GLQHT为满足题意的平面α,GLQFGTHF是两个全等的直角梯形,TH分别为GEEF的中点,

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【作者简介】胡云端男,理学学士,高中数学奥赛二级教练员。先后任教于湖北省某县一中、广东省重点高中、市直学校。

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