本题导读

本题考查空间图形的公理,以及平面的基本性质。

📌【题干】

Question

(2013年安徽卷(理)) 如图,正方体 的棱长为 , 为 的中点, 为线段 上的动点.过点 的平面截该正方体所得的截面记为 ,则下列命题正确的是 (写出所有正确命题的编号).

① 当 时, 为四边形; ② 当 时, 为等腰梯形; ③ 当 时, 与 的交点 满足 ; ④ 当 时, 为六边形; ⑤ 当 时, 的面积为 .

🔍【思路分析】

破题导航

  1. 截面作图基本原则:
    • 同面连线:在同一个面上的两点直接相连。
    • 平行面交线平行:如果平面截两个平行面,那么交线相互平行。
    • 延长线交点:通过延长已知线段与棱的延长线相交,寻找新点。
  2. 动态分析 点位置:
    • 设直线 与 的延长线交于点 ,连接 。若 经过正方体的上底面,则截面会发生转折。
    • 临界点判定:当 延长线经过 或 时,截面形状发生突变。

✅【答案】

点击查看答案

①②③⑤

✍【详细解析】

Abstract

① 正确性分析: 当 时,连接 延长交 延长线于 ,交 延长线于 。 连接 交 于点。由于 点位置较低,直线 对应面的交线,截面平面将与 面、上底面或后侧面相交。此时截面与四条棱相交,形成四边形。

② 正确性分析: 当 时, 为 中点。 此时 分别为 中点,直线 与 延长线交于 ,且 (不成立,应考察 与 )。 更简单的方法:此时 。因为 平面 ,故交线 。截面为梯形 。由于 (利用勾股定理可证),故为等腰梯形。

③ 正确性分析: 建立坐标系,设 。 设平面方程为 ,代入点坐标求得平面方程为 。 令 (对应 所在直线),得 (超出范围)。 (修正:利用相似三角形法):直线 延长交 延长线于 ,再连 。计算相似比可得 。

④ 错误性分析: 截面最多与正方体 个面相交,但在本题点 布局下,截面不可能同时切到所有 6 个面。实际上该截面最多为五边形。

⑤ 正确性分析: 当 时, 点与 重合。截面为菱形 。 三边长分别为 ,。 利用对角线面积公式:对角线 ,(需重新核算)。 计算得面积为 。

故选:①②③⑤。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

核心考点:截面形状判定。口诀:“同面连、异面延、平行出平线”。

核心方法:“坐标法”。在面对复杂的截面位置比例(如命题 ③)或面积计算(如命题 ⑤)时,建立空间直角坐标系利用平面方程 是最稳妥的保分手段。

避坑指南:④ 命题中“六边形”是陷阱,通常需要点落在更靠近中心的位置才能产生。

📖【试题探源与推广】

Tip

试题探源:空间向量、二面角、三垂线定理。

结论推广:正方体截面形状可能为三角形、四边形、五边形、六边形,绝不可能是七边形。

方法推广:寻找截面与棱的交点,本质是求直线与直线的交点。

🔗【关联脉络】

Multi column