【知识点详解】
1. 圆锥的表面积与侧面积之比:圆锥的表面积包括侧面积和底面积,侧面积公式为A_side = πrl,其中r是底面半径,l是扇形的弧长(即圆锥的母线长度),l = rθ,θ是扇形的圆心角。底面积A_base = πr²。所以圆锥的表面积A_total = A_side + A_base = πrl + πr²。题目中圆心角θ = 120°,即θ = 2π/3,若圆锥的侧面展开图是该扇形,所以这个圆锥的表面积与侧面积之比是A_total / A_side = (πrl + πr²) / πrl = 1 + r / l = 1 + 1 / (2π/3) = 1 + 3/2π = 5/2π。
2. 平行线与垂直线的性质:在欧几里得几何中,垂直于同一直线的两条直线互相平行是正确的,但题目中提到的第1个命题是错误的,因为在三维空间中并不总是如此。命题2是平行公理,是正确的。第3个命题是正确的,因为平行线的性质可推导出a与c垂直。第4个命题是错误的,因为与两条异面直线都相交的两条直线可以是相交直线。因此,假命题的个数是2。
3. 三视图求几何体体积:根据三视图,我们可以判断几何体为一个圆柱体与一个半球体的组合。从俯视图看,是半径为2的圆形,所以半球体积V_sphere = (4/3)πr² = (4/3)π*2² = (4/3)π*4。从主视图和侧视图看,是高度为4的圆柱,所以圆柱体积V_cylinder = πr²h = π*2²*4 = 16π。所以总体积V_total = V_sphere + V_cylinder = (4/3)π*4 + 16π = 16π + (16/3)π = 16π + (16/3)π。
4. 三视图求几何体表面积:从三视图中,我们可以看到一个长方体和一个半圆柱体的组合。长方体的表面积A_cuboid = 2(lw + lh + wh),其中l=4,w=3,h=3,所以A_cuboid = 2*(4*3 + 4*3 + 3*3) = 2*(12+12+9) = 2*33 = 66。半圆柱体的表面积A_cylinder = 2πrh + 2lw,r=1,h=3,所以A_cylinder = 2π*1*3 + 2*4*3 = 6π + 24。因此,总表面积A_total = A_cuboid + A_cylinder = 66 + 6π + 24 = 90 + 6π。
5. 斜二测画法求原图形面积:斜二测画法中,水平线段长度不变,竖直线段长度变为原来的一半,斜线段长度变为原来长度的√2/2倍。在直观图中,B'O' = C'O' = 1,A'O' = √2,所以原三角形AO'B'的两边AB和AC在原图中分别为2和2√2,根据斜二测画法规则,原△ABC的面积S = (1/2)*2*2√2*(1/sin45°) = (1/2)*2*2√2*√2 = 4。
6. 三棱锥外接球表面积:若三棱锥的三条侧棱两两垂直,那么三棱锥的外接球就是以这三条侧棱为棱的长方体的外接球。已知棱长分别为a, b, c,外接球半径R满足R² = (a/2)² + (b/2)² + (c/2)² = a²/4 + b²/4 + c²/4。所以球的表面积S = 4πR² = π(a² + b² + c²)/4。
7. 三棱锥的高的应用:若三棱锥的三条侧棱两两垂直,且侧棱长分别为a, b, c,那么高h与底面三角形的关系,可以通过体积来推断。三棱锥的体积V = (1/3)*底面积*h = (1/3)*底面三角形面积*h,而底面三角形的面积可用海伦公式计算,设底面三角形的边长为x, y, z,则V = (1/3)*√[p(p-x)(p-y)(p-z)]*h,其中p=(x+y+z)/2。由此,h = 3V/[(x+y+z)/2*√[p(p-x)(p-y)(p-z)]]。
8. 三棱柱中的线面关系:若AC, BD分别为底面的中位线,且M,N分别为AD, BC的中点,那么MN平行于底面,因此MN与底面垂直。若点P在线段MN上,根据线面垂直的性质,P无论位于何处,MP与底面垂直,即MP与平面ABC垂直。
9. 线面垂直的判定:线面垂直的判定定理是:如果一条直线与平面内的两条相交直线垂直,那么这条直线就垂直于该平面。因此,选项B符合该定理,可以推出bc⊥α。
10. 直线和平面的关系:命题①是线面平行的传递性,正确;命题②是线面垂直的性质,正确;命题③是面面垂直的性质,正确;命题④是线面垂直的定义,正确。因此,所有命题都是正确的。
11. 四面体中异面直线所成角:若四面体各侧面为正三角形,E,F分别为对应中点,异面直线DE与AF所成的角,可通过构建辅助线,利用余弦定理求解。
12. 四棱锥的性质:SD底面ABCD且SD⊥底面ABCD,表明SD是四棱锥的高。A, B关于SD对称,C, D关于SD对称,因此ACSB正确。AB平面SCD是正确的,因为SD垂直底面,所以AB垂直于SD,也垂直于平面SCD的任何一条线,包括SC。SA与平面SBD所成的角等于SC与平面SBD所成的角,这是由于它们都是底面ABCD的法向量,因此所成角相等。AB与SC所成的角等于DC与SA所成的角,这是由于A, B和D, C关于SD对称。因此,不正确的结论是没有。
13. 梯形中线的位置关系:若梯形ABCD中,AD∥BC,且AD≠BC,平面α内有直线m平行于AD,平面β内有直线n平行于BC,由于m∥AD,AD∥BC,根据平行线的性质,m∥BC,所以m与平面β内的直线n的位置关系是平行。
14. 三棱柱中线面角:若三棱柱所有棱等长,侧面垂直底面,E是侧面的中心,那么E到底面的距离等于棱长的一半,所以与平面所成角的大小是45°。
15. 四面体中异面直线所成角:类似问题11,可利用向量方法求解。
16. 正方体的性质:(1)显然成立,因为AA'是正方体的对角线,所以长度为√2;(2)对于上任意一点P,P到平面A'BCD的距离等于P到AA'的垂直距离,这可以是一个常数值;(3)三棱锥的体积V = (1/3)*底面积*h,底面是正方形,面积为1,h为AD长度,固定为1,所以体积是定值;(4)空间中与三条棱都相交的直线存在无数条,例如通过正方体中心的直线。
17. 正三角形旋转形成几何体的表面积:正三角形ABC绕AD旋转180°,会形成一个半圆锥和一个半圆台。半圆锥的侧面积是半圆周乘以底边长,半圆台的侧面积是两个半圆周减去底边长乘以两半径差,加上底面的两个三角形面积。
18. 正方体中线面平行关系的证明:(1)证明EG平行于平面BDD1B1,可以利用