- 直线与平面垂直的判定与性质
- 共169题
如图,在多面体中,
,
∥
,且
,
,
为
中点。
(1)求证:⊥平面
;
(2)求平面和平面
所成的锐二面角的余弦值。
正确答案
见解析。
解析
(1)找BC中点G点,连接AG,FG,
∴F,G分别为DC,BC中点,∴FG,
∴四边形EFGA为平行四边形,
∴,∵AE
,
∴,又∵
,
∴平面ABC平面BCD。
又∵G为BC中点且AC=AB=BC ,∴AGBC,
∴AG平面BCD, ∴EF
平面BCD 。
(2)以H为原点建立如图所示的空间直角坐标系
则
设平面CEF的法向量为,由
得
,
平面ABC的法向量为,则
。
∴平面角ECD和平面ACB所成的锐二面角的余弦值为。
知识点
在如图所示的几何体中,四边形ABCD是等腰梯形,AB∥CD,∠DAB=60°,FC⊥平面ABCD,AE⊥BD,CB=CD=CF。
(1)求证:BD⊥平面AED;
(2)求二面角F-BD-C的余弦值。
正确答案
见解析。
解析
(1)在等腰梯形ABCD中,AB∥CD,∠DAB=60°,CB=CD,
由余弦定理可知,
即,在
中,∠DAB=60°,
,则
为直角三角形,且
。又AE⊥BD,
平面AED,
平面AED,且
,故BD⊥平面AED;
(2)
由(Ⅰ)可知,设
,则
,建立如图所示的空间直角坐标系,
,向量
为平面
的一个法向量.
设向量为平面
的法向量,则
,即
,
取,则
,则
为平面
的一个法向量.
,而二面角F-BD-C的平面角为锐角,则
二面角F-BD-C的余弦值为。
知识点
如图,在四面体中,
平面
,
.
是
的中点,
是
的中点,点
在线段
上,且
.
(1)证明:平面
;
(2)若二面角的大小为
,求
的大小。
正确答案
见解析。
解析
(1)方法一:如图6,取的中点
,且
是
中点,所以
.因为
是
中点,所以
;又因为(Ⅰ)
且
,所以
,所以面
面
,且
面
,所以
面
;
方法二:
如图7所示,取中点
,且
是
中点,所以
;取
的三等分点
,使
,且
,所以
,所以
,且
,所以
面
;
(2)如图8所示,由已知得到面面
,过
作
于
,所以
,过
作
于
,连接
,所以
就是
的二面角;由已知得到
,设
,所以
,
在中,
,所以在
中,
,所以在
中
.
知识点
如图,在三棱锥中,
底面
,
,
为
的中点,
为
的中点,
,
.
(1)求证:平面
;
(2)求与平面
成角的正弦值;
(3)设点在线段
上,且
,
平面
,求实数
的值.
正确答案
见解析
解析
(1)证明:因为 底面
,
底面
,
所以 , ……………… 1分
又因为 ,
,
所以 平面
, ……………… 2分
又因为 平面
,
所以 . ……………… 3分
因为 是
中点,
所以 ,
又因为 ,
所以 平面
. ……………… 5分
(2)解:在平面中,过点
作
因为 平面
,
所以 平面
,
由 底面
,得
,
,
两两垂直,
所以以为原点,
,
,
所在直线分别为x轴,y轴,z轴如图建立空间直角坐标系,
则,
,
,
,
,
.
……………… 6分
设平面的法向量为
,
因为 ,
,
由 得
令,得
. ……………… 8分
设与平面
成角为
,
因为 ,
所以 ,
即 . ……………… 10分
(3)解:因为 ,
,
所以 ,
又因为 ,
所以 . ……………… 12分
因为 平面
,平面
的法向量
,
所以 ,
解得 . ……………… 14分
知识点
如图,在四棱锥P—ABCD中,底面是边长为的菱形,且∠BAD=120°,且PA⊥平面ABCD,PA=
,M,N分别为PB,PD的中点。
(1)证明:MN∥平面ABCD;
(2) 过点A作AQ⊥PC,垂足为点Q,求二面角A—MN—Q的平面角的余弦值。
正确答案
见解析
解析
本题主要考察线面平行的证明方法,建系求二面角等知识点。
(1)如图连接BD.
∵M,N分别为PB,PD的中点,
∴在PBD中,MN∥BD。
又MN平面ABCD,
∴MN∥平面ABCD;
(2)如图建系:
A(0,0,0),P(0,0,),M(
,
,0),
N(,0,0),C(
,3,0)。
设Q(x,y,z),则。
∵,∴
。
由,得:
。 即:
。
对于平面AMN:设其法向量为。
∵。
则。 ∴
。
同理对于平面AMN得其法向量为。
记所求二面角A—MN—Q的平面角大小为,
则。
∴所求二面角A—MN—Q的平面角的余弦值为。
知识点
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