立体几何是数学中一个重要的部分,它涉及到空间几何的概念、性质和推理。在这个主题下,我们看到一系列关于立体几何小题的问题,涵盖了多种不同的概念和技巧。以下是对这些问题的详细解答:
1. 正方体的命题问题:题目中提到了正方体的外表展开图,并提出了三个命题。要判断这些命题的正确性,我们需要理解正方体的性质。点 M 到 AB 的距离不能简单地是 2,因为正方体的棱长是 1,所以这个命题错误。三棱锥 C-DNE 的体积可以通过正方体体积的一定比例计算得出,应该是 1/6,因此这个命题也是错误的。AB 与 EF 是正方体棱之间的夹角,所以它们的夹角确实是 90度,命题正确。
2. 折叠成正四面体的问题:根据题目描述,需要识别出哪个图形折叠后能形成正四面体。正四面体的每个面都是全等的等边三角形。通过观察图形,只有②和④符合这一特征,所以答案是 B.②④。
3. 长方形折成正三棱柱的问题:题目要求找出截面 MNA 与底面 DFH 所成的角。由于长方形折成正三棱柱,AD 与 BC 重合后,AC 应该成为棱柱的一条棱。截面 MNA 应该与底面形成一个直角,所以答案是 D.90o。
4. 正方体的折叠问题:这道题考察的是能否通过折叠形成正方体。分析各个图形,只有①、③和⑤在折叠后可以形成正方体的相邻关系,因此答案是①③⑤。
5. 截球问题:根据截面面积公式,可以计算出球的半径,进而求得球的体积。这里需要应用球的截面性质和球体积公式,但具体计算过程未给出。
6. 正三棱柱截取问题:这个几何体的侧视图取决于截取方式。由于题目没有给出具体计算,我们无法直接得出答案,只能根据图形特点进行推断。
7. 直四棱柱条件问题:为了使底面四边形成为直角梯形,可以设定一个底边平行且不等长,或者其他条件使得至少有一对对边不平行且不等长。
8. 平面α的设定:过点 P 作平面 α,使得三角形 ABC 三个顶点到 α 的距离相等。如果 P 在三角形外,则存在唯一平面 α 过 P 且平行于 BC 边;如果 P 在三角形内,则有三个这样的平面。
9. 动点 P 的轨迹方程:利用距离公式和点到直线的距离公式,可以构建方程来表示动点 P 的轨迹,但具体计算过程未给出。
10. 直线与直线所成的角:这条直线与另外一条直线所成的角是 90°,因为它们是垂直的,一条与两条已知垂直线成 60°角的直线必定与另一条垂直。
11. 正方体顶点距离问题:P 到平面 a 的距离可能为 3 或 5,因为与 A 相邻的顶点中,一个距离为 1,一个距离为 4,P 可以在两个顶点的连线上。
12. 正方体容器最大容积问题:为了最大化容积,三个小孔应该尽可能接近,即形成一个角,这样水可以在三个孔之间流动。容积的最大值为一个小正方体的体积减去三个相切的圆柱体积。
13. 三棱锥体积最大值问题:当 P 在底面的垂线上且距离底面一定高度时,三棱锥的体积最大。此时,体积可以通过底面面积乘以高(P 到底面的距离)计算得出。
14. 两侧面所成二面角的范围:相邻两侧面所成的二面角是 60°,因为底面是正三角形。
15. 点 P 与平面所成角问题:PA 与 BC 垂直,说明 P 到平面 ABC 的距离是 PA 的投影,由于 PA 与平面的角与 PB 和 PC 的角相等,因此 ABC 是等腰三角形,答案是②等腰三角形。
16. 三角形不共面概率问题:这个问题涉及到组合概率,需要计算所有可能的三角形组合,然后减去共面组合的数量,最后除以总组合数。
17. 正方体与平面的角问题:B1B 与平面 AC1D 的夹角可以通过线面角的定义计算,具体计算未给出。
18. 球面上四面体体积问题:当四点共圆时,四面体的体积最大。利用球的半径和两点间距离,可以计算出体积的最大值,但具体计算过程未给出。
以上就是对这些立体几何问题的详细解析,涵盖了几何体的性质、折叠、截面、体积计算、角度判断等多个方面。立体几何的解题通常需要对空间结构有清晰的理解,并能够熟练运用相关的几何定理和公式。