- 直线与平面垂直的判定与性质
- 共169题
在直三棱柱中,底面
是边长为2的正三角形,
是棱
的中点,且
.
(1)试在棱上确定一点
,使
平面
;
(2)当点在棱
中
点时,求直线
与平面
所成角的大小的正弦值。
正确答案
见解析
解析
解法一:(1)由于平面平面
,
所以面
,所以
。
而是菱形,因此
,所以
平面
(2)设,作
于
,连接
,
由(1)知平面
,即
平面
,所以
又于
,因此
,所以
为二面角的平面角
在中,
,
,故直角边
,
又因为中斜边
因此
中斜边
,
所以,所以所求余弦值为
。
解法二:如图,取
的中点
,则
因为,所以
,又
平面
以为
轴建立空间直角坐标系,
则,
,
,
,
,
(1),
,
,
由
知
,
又,从而
平面
;
(2)由(1)知平面的一个法向量为
,
再设平面的法向量为
,
,
,
所以,设
,则
,
故因此所求余弦值为
。
知识点
如图,几何体中,四边形
为菱形,
,
,面
∥面
,
、
、
都垂直于面
,且
,
为
的中点,
为
的中点.
(1)求证:为等腰直角三角形;
(2)求二面角的余弦值.
正确答案
见解析
解析
(1)连接,交
于
,因为四边形
为菱形,
,所以
因为、
都垂直于面
,
,又面
∥面
,
所以四边形为平行四边形 ,则
………………………………………2分
因为、
、
都垂直于面
,则
…4分
所以
所以为等腰直角三角形 ………………………………………………………5分
(2)取的中点
,因为
分别为
的中点,所以
∥
以分别为
轴建立坐标系,
则
所以 ……………………7分
设面的法向量为
,
则,即
且
令,则
……………………………………………………………………9分
设面的法向量为
,
则即
且
令,则
…………………………………………………………11分
则,则二面角
的余弦值为
…………12分
知识点
如图,已知面
,
,
。
(1)在线段上找一点M,使
面
。
(2)求由面与面
所成角的二面角的正切值。
正确答案
(1)M为PC的中点
(2)
解析
(1)M为PC的中点,设PD中点为N,
则MN=CD,且MN//
CD,∴MN=AB,MN//AB
∴ABMN为平行四边形,∴BM//AN,
又PA=AD,∠PAD=90○
∴AN⊥PD,
又CD⊥AN,
∴AN⊥面PCD,
∴BM⊥面PCD
(2)延长CB交DA于E,
∵AB=CD,
AB//CD
∴AE=AD=PA,∴PD⊥PE
又∴PE⊥CD,∴PE⊥面PCD,
∴∠CPD为二面角C-PE-D的平面角;PD=AD,CD=2AD;
∴tan∠CPD=
知识点
已知在四棱锥P -ABCD中底面ABCD是平行四边形,PA⊥平面ABCD,PA=AB=1。AD=2,∠BAD= 120°,E,F,G,H分别是BC,PB,PC,AD的中点
(1)求证:PH∥平面GED;
(2)过点F作平面,使ED∥平面
,当平面
⊥平面EDG时,设PA与平面
交于点Q,求PQ的长。
正确答案
见解析
解析
(1)连接HC,交ED于点N,连结GN,
由条件得:DHEC是矩形,∴N是线段HC的中点,又G是PC的中点,
∴ GN//PH,
又 ∵ GN平面GED,PH不在平面GED内,
∴ PH//平面GED.
(2) 方法1:连结AE,∵, ∴ △ABE是等边三角形,设BE的中点为M,以AM、AD、AP分别为
轴建立空间直角坐标系。
则B(,
,0), C(
,
,0),D(0,2,0),P(0,0,
),
则E(,
,0), F(
,
,
),G(
,
,
)。
设Q(0,0,) ,
,
.
设是平面GED的一个法向量,
则,得
,
令∴
.
设是平面
的一个法向量,
则,得
,令
,得
,
当平面GED⊥平面时,
,
得,则PQ的长为
.
方法2:
连接BH,则BH//ED,又∵PB//GE,∴平面PBH//平面GED,
设BH与AE交于点K,PK的中点为M,
∵F是PB的中点,∴FM//BK,
∵ABEH是菱形,∴AE⊥BK,
∵PA⊥平面ABCD,∴PA⊥BK ,∴ BK⊥平面PAK.
∴ FM⊥平面PAK,
过M作MQ⊥PK,交PA于Q,设MQ与FM所确定的平面为,
∵ED//BH// FM,∴ED//平面,又平面
⊥平面PBH,∴平面
⊥平面EDG .
得平面满足条件.
∵,
,∴
,
由,
得.
知识点
如图,已知斜三棱柱(侧棱不垂直于底面)的侧面
与底面ABC垂直,
,
。
(1) 设AC的中点为D,证明底面
;
(2) 求侧面与底面ABC所成二面角的余弦值。
正确答案
见解析。
解析
(1)证明: ∵,
,∴
∴三角形是等腰直角三角形,
又D是斜边AC的中点,∴
∵平面⊥平面
,∴A1D⊥底面
(2)∵, ∴
∴三角形是直角三角形,过B作AC的垂线BE,垂足为E,
则,
∴ ……8分
以D为原点,所在的直线为
轴,DC所在的直线为
轴,平行于BE的直线为
轴,建立空间直角坐标系,如图所示,则
设平面的法向量为
,
则,即
化简得
令,得
,所以
是平面
的一个法向量.
由(1)得A1D⊥面ABC,所以设平面ABC的一个法向量为
设向量和
所成角为
,则
即侧面A1 ABB1 与底面ABC所成二面角的余弦值为。
知识点
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