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题型:简答题
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简答题 · 12 分

如图,在多面体中,,且中点。

(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

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

直线与平面垂直的判定与性质
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题型:简答题
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简答题 · 12 分

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,

,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

,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

直线与平面垂直的判定与性质
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题型:简答题
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简答题 · 12 分

如图,在四面体中,平面.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,且中点,所以.因为中点,所以;又因为(Ⅰ),所以,所以面,且,所以;

方法二:

如图7所示,取中点,且中点,所以;取的三等分点,使,且,所以,所以,且,所以;

(2)如图8所示,由已知得到面,过,所以,过,连接,所以就是的二面角;由已知得到,设,所以

,

中,,所以在中, ,所以在

.

知识点

直线与平面平行的判定与性质直线与平面垂直的判定与性质线面角和二面角的求法
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题型:简答题
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简答题 · 14 分

如图,在三棱锥中,底面的中点, 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 中点,

所以

又因为

所以 平面.                                     ……………… 5分

(2)解:在平面中,过点

因为 平面

所以 平面

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,

.

……………… 6分

设平面的法向量为

因为

 得

,得.      ……………… 8分

与平面成角为

因为

所以

.                                       ……………… 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

直线与平面垂直的判定与性质
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题型:简答题
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简答题 · 15 分

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

,∴

,得:。   即:

对于平面AMN:设其法向量为

。  ∴

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

∴所求二面角A—MN—Q的平面角的余弦值为

知识点

直线与平面平行的判定与性质直线与平面垂直的判定与性质用向量证明平行二面角的平面角及求法
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