原题
原题:在正方体ABCD-A1B1C1D1中,P,Q分别为棱BC和CC1的中点,则下列说法正确的是?
A.BC1∥平面AQP
B.平面APQ截正方体所得截面为等腰梯形
C.A1D⊥平面AQP
D.异面直线QP与A1C1所成的角为60度
图一正方体是在立体几何中比较基础的图形,一般我们无法理解的图形都可以将其放入正方体中,便于增加我们的立体感和空间想象能力。
所以对于正方体的使用是比较普遍的,所以为了更好地使用正方体,我们要记住正方体中常见的结论。
下面就通过各种选项来说明其存在的一些常见的结论。
选项A
选项A是BC1∥平面AQP。
这个选项没什么难度,一眼就可以看出答案。
因为P,Q分别为棱BC和CC1的中点,所以PQ∥BC1,又因为PQ在平面APQ内,而BC1在平面APQ外,所以BC1∥平面AQP。
在正方体中只要与直线PQ平行的直线且该直线和平面APQ没有交点,则该直线就和面APQ平行。
选项B
选项B是平面APQ截正方体所得截面是什么样的图形?
图二从图二来看,很难知道面APQ截正方体的截面是什么样的图形,尤其对于初学者来说更是无法想象出来其截面是什么。
但是我们要记住一点:与直线PQ平行的直线不与面APQ平行就是在该平面APQ内。
如果与直线PQ平行的直线与平面APQ相交且不在该平面内的话,则直线PQ与该直线就变成了异面直线,出现了矛盾,所以只要与直线PQ平行的直线且与直线PQ所在地面有交点的话,则该直线就在该平面内。
连接BC1和AD1,因为P,Q分别为棱BC和CC1的中点,PQ∥BC1,又因为AD1∥BC1,所以PQ∥AD1。
又因为AD1与面APQ相交于A点,所以直线AD1在面APQ内。
连接D1Q,则面AD1QP就是面APQ和正方体的截面。
因为△ABP≌△D1C1Q,所以AP=D1Q,且PQ∥AD1,所以AD1QP是等腰梯形,即面APQ截正方体的截面是等腰梯形。
所以选项B是正确的。
如果不知道上述的这一点,即“与直线PQ平行的直线不与面APQ平行就是在该平面APQ内”,也可以通过变化图形来判断。
在变化图形的时候,要记住:将要延伸的面朝上或者朝外,即容易看到的方向。
图三像图三的图形就很好看出面APQ的延伸方向,便于我们对选项B的判断。
所以正确的展示展示图形才是妙招。
选项C
选项C是A1D⊥平面AQP。
在正方体中有:A1D⊥面ABC1D1,B1C⊥面ABC1D1,AD1⊥A1B1CD,B1⊥A1B1CD。
如果A1D⊥平面AQP的话,则平面AQP∥面ABC1D1,因为平面AQP和面ABC1D1有公共交点,所以与之相矛盾。
所以选项C是不正确的。
选项D
选项D是异面直线QP与A1C1所成的角为60度。
一般要求异面直线的夹角时,都是将其中一条直线通过平移,即找到该直线的平行直线,使这两条直线相交,从而求出异面直线的夹角。
在正方体中各个面的对角之间有三种关系:相互平行、相互垂直、相交成60度。
相邻面上的对角线所成的夹角是成60度的,不相邻的对角线所成的夹角是平行或者垂直。同一面上的对角线垂直。
因为PQ∥BC1,又因为BC1和A1C1都是正方体不同面的对角线,所以异面直线QP与A1C1所成的角就是直线BC1与A1C1所成的角。
又因为直线BC1和直线A1C1所在的面是相邻的,所以它们所成的角是60度。
即异面直线QP与A1C1所成的角为60度,所以选项D是正确的。
综上所述该题的答案是ABD。
总结
正方体中存在的知识点很多,在做题中需要我们进行总结和记录。
对于初学者或者是立体感不强的同学,在没有立体模型的时候,可以画出不同方向上的图形,去观察在不同方向上的某一图形的变化。
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