- 直线与平面垂直的判定与性质
- 共169题
如图,在长方体中,
,
为
的中点,
为
的中点。
(1)求证:平面
;
(2)求证:平面
;
(3)若二面角的大小为
,求
的长。
正确答案
见解析
解析
(1)证明:在长方体中,
因为平面
,所以
。
因为,所以四边形
为正方形,
因此,又
,所以
平面
。
又,且
,所以四边形
为平行四边形。
又在
上,所以
平面
。 ……………………4分
(2)取的中点为
,连接
。
因为为
的中点,所以
且
,
因为为
的中点,所以
,而
,且
,
所以,且
,因此四边形
为平行四边形,
所以,而
平面
,所以
平面
,………………9分
(3)如图,以为坐标原点,建立空间直角坐标系
,设
,
则,
故。
由(1)可知平面
,
所以是平面
的一个法向量。
设平面的一个法向量为
,
则,
所以
令,则
,
所以。
设与
所成的角为
,则
。
因为二面角的大小为
,所以
,即
,
解得,即
的长为1,………………………………14分
知识点
如图,在四棱锥P-ABCD中,PA⊥平面ABCD,底面ABCD是菱形,AB=2,∠BAD=60°。
(1)求证:BD⊥平面PAC;
(2)若PA=AB,求PB与AC所成角的余弦值;
(3)当平面PBC与平面PDC垂直时,求PA的长。
正确答案
见解析。
解析
(1)证明:因为四边形ABCD是菱形,所以AC⊥BD。
又因为PA⊥平面ABCD,所以PA⊥BD,
所以BD⊥平面PAC, ………………………4分
(2)略
(3)由(2)知=(-1,,0)。
设P(0,-,t)(t>0),则=(-1,-,t)。
设平面PBC的法向量m=(x,y,z),则·m=0,·m=0。
所以令y=,则x=3,z=,所以m=。
同理,可求得平面PDC的法向量n=。
因为平面PBC⊥平面PDC,所以m·n=0,即-6+=0.解得:t=。
所以当平面PBC与平面PDC垂直时,PA=, ……………………12分
知识点
如图,在三棱锥中,
平面
,
,
,
,
分别是
的中点,
(1)求三棱锥的体积;
(2)若异面直线与
所成角的大小为
,求
的值.
正确答案
(1)(2)
解析
(1)由已知得, ………2分
所以 ,体积 ………5分
(2)取中点
,连接
,则
,
所以就是异面直线
与
所成的角
. ………7分
由已知,,
. ………10分
在中,
,
所以,. ………12分
(其他解法,可参照给分)
知识点
已知斜三棱柱的底面是直角三角形,
,侧棱与底面所成角为
,点
在底面上的射影
落在
上。
(1)求证:平面
;
(2)若,且当
时,求二面角
的大小。
正确答案
见解析。
解析
解析:
(1)∵点在底面上的射影
落在
上,∴
平面
,
平面
,∴
又∵
∴
,
,
∴平面
,
(2)以为原点,
为x轴,
为
轴,过
点且垂直于平面
的直线为
轴,
建立空间直角坐标系,则,
,
,
,
,显然,平面
的法向量,
设平面的法向量为
,
由,即
,
∴,
∴二面角的大小是
。
知识点
如图所示,已知AB为圆O的直径,点D为线段AB上一点,且AD=DB,点C为圆O上一点,且BC=
AC,点P在圆O所在平面上的正投影为点D,PD=DB。
(1)求证:PA⊥CD;
(2)求二面角C﹣PB﹣A的余弦值。
正确答案
见解析。
解析
:(1)
连接OC,由3AD=BD知,点D为AO的中点,
又∵AB为圆的直径,∴AC⊥BC,
∵AC=BC,∴∠CAB=60°,
∴△ACO为等边三角形,∴CD⊥AO。
∵点P在圆O所在平面上的正投影为点D,
∴PD⊥平面ABC,又CD⊂平面ABC,
∴PD⊥CD,PD∩AO=D,
∴CD⊥平面PAB,PA⊂平面PAB,
∴PA⊥CD。
(2)
过点D作DE⊥PB,垂足为E,连接CE,
由(1)知CD⊥平面PAB,又PB⊂平面PAB,
∴CD⊥PB,又DE∩CD=D,
∴PB⊥平面CDE,又CE⊂平面CDE,
∴CE⊥PB,
∴∠DEC为二面角C﹣PB﹣A的平面角。
由(1)可知CD=,PD=BD=3,
∴PB=3,则DE=
=
,
∴在Rt△CDE中,tan∠DEC==
,
∴cos∠DEC=,即二面角C﹣PB﹣A的余弦值为
。
知识点
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