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题型:简答题
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简答题 · 14 分

如图所示,圆柱底面的直径长度为为底面圆心,正三角形的一个顶点在上底面的圆周上,为圆柱的母线,的延长线交于点的中点为.

(1)   求证:平面⊥平面

(2)   求二面角的正切值。

正确答案

见解析。

解析

(1)证明: 正三角形中,的中点, ∴

为圆柱的母线, ∴⊥平面

在平面内  ∴

为圆O的直径,∴°即

,∴⊥平面

在平面内, ∴

,∴⊥平面

在平面内,∴平面⊥平面

(2)   由(1)知,同理

,可证

……8分

为原点,所在直线为轴建立空间直角坐标系

⊥平面,∴为平面的一个法向量

平面的一个法向量,

  即  ,令

设二面角的平面角为

所以二面角的正切值

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 · 14 分

已知四棱锥的底面是直角梯形,,侧面为正三角形,,如图所示。

(1) 证明:平面

(2) 求四棱锥的体积

正确答案

见解析

解析

(1) 直角梯形,又

∴在△和△中,有

(2)设顶点到底面的距离为,结合几何体,可知

于是,,解得

所以

知识点

棱柱、棱锥、棱台的体积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 · 14 分

如图,四边形中(图1),的中点,将(图1)沿直线折起,使二面角(如图2)

(1)求证:平面

(2)求异面直线所成角的余弦值;

(3)求点到平面的距离。

正确答案

见解析。

解析

(1)如图取BD中点M,连接AM,ME。因  

 满足:,

所以是BC为斜边的直角三角形,,

的中点,所以ME为的中位线 ,

,                                             

是二面角的平面角=                  

,且AM、ME是平面AME内两相交于M的直线

平面AEM                   

,为等腰直角三角形

                               

          

(2)

如图,以M为原点MB为x轴,ME为y轴,建立空间直角坐标系,

则由(1)及已知条件可知B(1,0,0),

,D,C

            

设异面直线所成角为,

  

可知满足,

是平面ACD的一个法向量,                 

记点到平面的距离d,则在法向量方向上的投影绝对值为d

  ……13分   所以d       

(2),(3)解法二:

取AD中点N,连接MN,则MN是的中位线,MN//AB,又ME//CD

所以直线所成角为等于MN与ME所成的角,

或其补角中较小之一                                        

,N为在斜边中点

所以有NE=,MN=,ME=,

        

=                  

(3)记点到平面的距离d,则三棱锥B-ACD的体积,   

又由(1)知AE是A-BCD的高、 

E为BC中点,AEBC 又, ,

        

 到平面的距离

解法三:(1)因  满足:, , 1分

如图,以D为原点DB为x轴,DC为y轴,建立空间直角坐标系,       

则条件可知D(0,0,0), B(2,0,0),C(0,1,0),, A(a,b,c)  (由图知a>0,b>0,c>0) 

 

平面BCD的法向量可取,

,所以平面ABD的一个法向量为     

则锐二面角的余弦值 

从而有,              

所以平面       

(2)由(1),D(0,0,0), B(2,0,0),C(0,1,0),

设异面直线所成角为,则 

 

(3)由可知满足,

是平面ACD的一个法向量,                  

记点到平面的距离d,则在法向量方向上的投影绝对值为d

 

 所以d

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,在四棱锥中,侧面PCD⊥底面,PD⊥CD,E为PC中点,底面是直角梯形, AB∥CD,∠ADC=90°, AB=AD=PD=1,CD=2。

(1)求证:BE∥平面PAD;

(2)求证:BC⊥平面

(3)设Q为侧棱PC上一点,,试确定λ的值,使得二面角Q—BD—P的大小为45°

正确答案

见解析

解析

解析:(1)取的中点,连结,因为中点,所以,且

,在梯形中,

所以,四边形为平行四边形,所以

又因为平面平面

所以平面。                           ………4分

(2)平面底面,所以平面,所以,如图,以为原点建立空间直角坐标系,则

所以,又由平面,可得,所以平面。            ………8分

(3)平面的法向量为

,所以

设平面的法向量为,由,得

所以,所以

注意到,得                                   …………12分

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平面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

如右图,简单组合体ABCDPE,其底面ABCD为正方形,PD⊥平面ABCD,EC∥PD,且PD=2EC.

(1)若N为线段PB的中点,求证:EN⊥平面PDB;

(2)若,求平面PBE与平面ABCD所成的锐二面角的大小。

正确答案

见解析

解析

(1)证法1:连结AC与BD交于点F,连结NF,

∵F为BD的中点,∴NF∥PD且NF=PD.

又EC∥PD,且EC=PD,(2分)

∴NF∥EC,且NF=EC,∴四边形NFCE为平行四边形,∴NE∥FC.(4分)

∵DB⊥AC,PD⊥平面ABCD,AC⊂面ABCD,∴AC⊥PD.

又PD∩BD=D,∴AC⊥面PBD,∴NE⊥面PDB.(6分)

证法2:以点D为坐标原点,以AD所在的直线为x轴建立空间直角坐标系如图所示:设该简单组合体的底面边长为1,PD=a,

则B(1,1,0),C(0,1,0),P(0,0,a),E(0,1,),N(,,),

∴=(,-,0),=(1,1,-a),=(1,1,0)。

∵·=×1-×1-a×0=0,·=×1-×1+0×0=0,

∴EN⊥PB,EN⊥DB.∵PB、DB⊂面PDB,且PB∩DB=B,∴NE⊥面PDB.(6分)

(2)解法1:连结DN,由(1)知NE⊥面PDB,∴DN⊥NE.

,DB=AD,∴PD=DB,∴DN⊥PB,∴为平面PBE的法向量。

设AD=1,则N,∴

∵为平面ABCD的法向量,,(10分)

设平面PBE与平面ABCD所成的二面角为θ,则cosθ=

∴θ=45°,即平面PBE与平面ABCD所成的锐二面角为45°.(12分)

解法2:延长PE与DC的延长线交于点G,连结GB,

则GB为平面PBE与平面ABCD的交线.(8分)

∵PD=2EC,∴CD=CG=CB,

∴D、B、G在以C为圆心、以BC为半径的圆上,

∴DB⊥BG.(9分)

∵PD⊥平面ABCD,BG⊂面ABCD,∴PD⊥BG,且PD∩DB=D,∴BG⊥面PDB.

∵PB⊂面PDB,∴BG⊥PB,∴∠PBD为平面PBE与平面ABCD所成的锐二面角的平面角.(10分)

在Rt△PDB中,∵PD=DB,

∴∠PBD=45°,即平面PBE与平面ABCD所成的锐二面角为45°.(12分)

知识点

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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