- 两条直线垂直的判定
- 共92题
如图,四边形ABCD是边长为2的正方形,MD⊥平面ABCD,NB∥MD,且NB=1,MD=2;
(1)求证:AM∥平面BCN;
(2)求AN与平面MNC所成角的正弦值;
(3)E为直线MN上一点,且平面ADE⊥平面MNC,求的值。
正确答案
见解析
解析
(1)∵ABCD是正方形,
∴BC∥AD.
∵BC平面AMD,AD平面AMD,
∴BC∥平面AMD.
∵NB∥MD,
∵NB平面AMD,MD平面AMD,
∴NB∥平面AMD.
∵NBBC=B,NB
平面BCN, BC
平面BCN,
∴平面AMD∥平面BCN ………………………………………………………3分
∵AM平面AMD,
∴AM∥平面BCN ……………………………………………………………4分
(也可建立直角坐标系,证明AM垂直平面BCN的法向量,酌情给分)
(2)平面ABCD,ABCD是正方形,所以,可选点D为原点,DA,DC,DM所在直线分别为x,y,z轴,建立空间直角坐标系(如图)…………………………………………………………………5分
则,
,
,
.
, ………………………………………6分
,
,
设平面MNC的法向量,
则,令
,则
… 7分
设AN与平面MNC所成角为,
. ……9分
(3)设,
,
,
又,
E点的坐标为
, ……………………………………………………11分
面MDC,
,
欲使平面ADE⊥平面MNC,只要,
,
,
. ……………………………………………………………14分
知识点
如图, 是正方形,
平面
,
,
.
(1)求证:;
(2) 求二面角的余弦值;
(3)设点是线段
上一个动点,试确定点
的位置,使得
平面
,证明你的结论.
正确答案
见解析
解析
(1)证明: 因为平面
,
所以. ……………………1分
因为是正方形,
所以,
所以平面
, …………………3分
从而 ……………………4分
(2)解:因为两两垂直,
所以建立空间直角坐标系如图所示. …………5分
设,可知
. ……………………6分
则 ,
,
,
,
,
,
所以,
, ………………7分
设平面的法向量为
,则
,即
,
令,则
. …………………8分
因为平面
,所以
为平面
的法向量,
,
所以 ………………………………………9分
因为二面角为锐角,所以二面角的余弦值为
. …………10分
(3)解:点是线段
上一个动点,设
.
则,
因为平面
,
所以, ……………11分
即,解得
. ……………13分
此时,点坐标为
,
,符合题意. ……………14分
知识点
在等腰梯形ABCD中,,
,
,N是BC的中点,将梯形ABCD绕AB旋转
,得到梯形
(如图)。
(1)求证:平面
;
(2)求证:平面
;
(3)求二面角的余弦值。
正确答案
见解析
解析
(1)证明:因为,N是BC的中点
所以,又
所以四边形是平行四边形,所以
又因为等腰梯形,,
所以 ,所以四边形
是菱形,所以
所以,即
由已知可知 平面平面
,
因为 平面平面
所以平面
……………………………4分
(2)证明:因为,
,
所以平面平面
又因为平面
,
所以 平面
…………………………8分
(3)因为平面
同理平面
,建立如图如示坐标系
设,
则,
,
,
, ……………………………9分
则,
设平面的法向量为
,有
,
,
得 ……………………………11分
因为平面
,所以平面
平面
又,平面
平面
所以平面
与
交于点O,O则为AN的中点,O
所以平面的法向量
……………………………12分
所以 ……………………………13分
由图形可知二面角为钝角
所以二面角的余弦值为
, ……………………………14分
知识点
如图(1),等腰直角三角形的底边
,点
在线段
上,
于
,现将
沿
折起到
的位置(如图(2))。
(1)求证:;
(2)若,直线
与平面
所成的角为
,求
长,
正确答案
见解析
解析
(1)证明:,
,
,………………,2分
,
平面
,
,
; ………………………,4分
(2)解:,
,
,所以,可由
所在直线为
轴建立空间直角
坐标系(如图),……………………………5分
设
,则
,……………………7分
,
,……………………8分
设面的法向量
,
令
,
, ……10分 ……………,10分
, ………………………,12分
与平面
所成角为
,
。………………………,11分
,………………………,12分
解得:,或
(舍),所以,
的长为
,………………………,13分
知识点
等边三角形ABC的边长为3,点D、E分别是边AB、AC上的点,且满足(如图1),将△ADE沿DE折起到△A1DE的位置,使二面角A1﹣DE﹣B成直二面角,连结A1B、A1C (如图2)。
(1)求证:A1D丄平面BCED;
(2)在线段BC上是否存在点P,使直线PA1与平面A1BD所成的角为600?若存在,求出PB的长;若不存在,请说明理由。
正确答案
见解析。
解析
(1)∵ 正 △ ABC的边长为3,且=
=
∴ AD=1,AE=2,
△ ADE中,∠ DAE=60°,由余弦定理,得
DE==
∵ AD2+DE2=4=AE2,∴ AD⊥DE。
折叠后,仍有A1D⊥DE
∵ 二面角A1﹣DE﹣B成直二面角,∴ 平面A1DE⊥平面BCDE
又∵ 平面A1DE∩平面BCDE=DE,A1D⊂平面A1DE,A1D⊥DE
∴ A1D丄平面BCED;
(2)假设在线段BC上存在点P,使直线PA1与平面A1BD所成的角为60°
如图,作PH⊥BD于点H,连接A1H、A1P
由(1)得A1D丄平面BCED,而PH⊂平面BCED
所以A1D丄PH
∵ A1D、BD是平面A1BD内的相交直线,
∴ PH⊥平面A1BD
由此可得∠ PA1H是直线PA1与平面A1BD所成的角,即∠ PA1H=60°
设PB=x(0≤x≤3),则BH=PBcos60°=,PH=PBsin60°=
x
在Rt△PA1H中,∠PA1H=60°,所以A1H=,
在Rt△DA1H中,A1D=1,DH=2﹣x
由A1D2+DH2=A1H2,得12+(2﹣x)2=(
x)2
解之得x=,满足0≤x≤3符合题意
所以在线段BC上存在点P,使直线PA1与平面A1BD所成的角为60°,此时PB=。
知识点
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