- 直线与平面垂直的判定及其性质
- 共458题
如图,在三棱柱ABC-A1B1C1中,AC⊥BC,AB⊥BB1,AC=BC=BB1=2,D为AB的中点,且CD⊥DA1.
(1)求证:BB1⊥平面ABC;
(2)求直线AC1与A1D所成角的余弦值;
(3)求A1B1与平面DAC1所成角的余弦值.
正确答案
(1)证明:∵AC=BC,D为AB的中点,
∴CD⊥AB,又CD⊥DA1,AB∩A1D=D
∴CD⊥平面AA1B1B,
∴CD⊥BB1,又BB1⊥AB,AB∩CD=D
∴BB1⊥平面ABC.
(2)解:连接BC1,B1C交于O点,连接OD,则OD∥AC1
所以,∠A1DO为异面直线AC1与A1D所成角或其补角,
在△A1DO中,A1D==
,A1O=
=
,OD=
,
cos∠A1DO==
,
故直线AC1与A1D所成角的余弦值;
(3)解:∵CD⊥面ABB1A1,
∴面A1CD⊥面ABB1A1,
作B1E⊥A1D交A1D于E,则B1E⊥面A1CD,
则∠B1A1E为A1B1与平面DCA1所成角,
在△A1DB1中,A1D=,A1B1=2
,B1D=
cos∠B1A1E==
则A1B1与平面DAC1所成角的余弦值.
解析
(1)证明:∵AC=BC,D为AB的中点,
∴CD⊥AB,又CD⊥DA1,AB∩A1D=D
∴CD⊥平面AA1B1B,
∴CD⊥BB1,又BB1⊥AB,AB∩CD=D
∴BB1⊥平面ABC.
(2)解:连接BC1,B1C交于O点,连接OD,则OD∥AC1
所以,∠A1DO为异面直线AC1与A1D所成角或其补角,
在△A1DO中,A1D==
,A1O=
=
,OD=
,
cos∠A1DO==
,
故直线AC1与A1D所成角的余弦值;
(3)解:∵CD⊥面ABB1A1,
∴面A1CD⊥面ABB1A1,
作B1E⊥A1D交A1D于E,则B1E⊥面A1CD,
则∠B1A1E为A1B1与平面DCA1所成角,
在△A1DB1中,A1D=,A1B1=2
,B1D=
cos∠B1A1E==
则A1B1与平面DAC1所成角的余弦值.
(2015秋•陕西校级期末)如图,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是正方形,侧棱PD⊥底面ABCD,PD=DC=2,E是PC的中点,作EF⊥PB交PB于点F.
(1)证明 PA∥平面EDB;
(2)证明PB⊥平面EFD;
(3)求VB-EFD.
正确答案
解:(1)连结AC,交BD于O,连结EO,
因为ABCD是正方形,点O是AC的中点,在三角形PAF中,EO是中位线,
所以PA∥EO,而EO⊂面EDB,且PA⊄面EDB,所以PA∥平面EDB;
(2)因为PD⊥底面ABCD,所以PD⊥DC
在底面正方形中,DC⊥BC,
所以BC⊥面PDC,而DE⊂面PDC,
所以BC⊥DE,
又PD=DC,E是PC的中点,所以DE⊥PC,
所以DE⊥面PBC,而PB⊂面PBC,
所以DE⊥PB,
又EF⊥PB,且DE∩EF=E,
所以PB⊥平面EFD.
(3)因为PD=DC=2,所以,
,
因为,所以
,
即,
,
,DE=
,BF=
=
=
,
所以VB-EFD=×DE×EF×BF=
×
×
=
.
解析
解:(1)连结AC,交BD于O,连结EO,
因为ABCD是正方形,点O是AC的中点,在三角形PAF中,EO是中位线,
所以PA∥EO,而EO⊂面EDB,且PA⊄面EDB,所以PA∥平面EDB;
(2)因为PD⊥底面ABCD,所以PD⊥DC
在底面正方形中,DC⊥BC,
所以BC⊥面PDC,而DE⊂面PDC,
所以BC⊥DE,
又PD=DC,E是PC的中点,所以DE⊥PC,
所以DE⊥面PBC,而PB⊂面PBC,
所以DE⊥PB,
又EF⊥PB,且DE∩EF=E,
所以PB⊥平面EFD.
(3)因为PD=DC=2,所以,
,
因为,所以
,
即,
,
,DE=
,BF=
=
=
,
所以VB-EFD=×DE×EF×BF=
×
×
=
.
如图,棱长为1的正方体ABCD-A1B1C1D1中,
(1)求证:BD1⊥平面ACB1
(2)若BD1与平面ACB1交于点H,求BH的长.
正确答案
(1)证明:正方体ABCD-A1B1C1D1中
因为AC⊥BD,AC⊥DD1,且BD∩DD1
所以AC⊥平面BDD1B1
又BD1⊂平面BDD1B1
所以AC⊥BD1,同理可证AB1⊥BD1,
又因为AC与AB1是平面ACB1内的两条相交直线,
所以BD1⊥平面ACB1
(2)解:因为BD1与平面ACB1交于点H,所以由(1)知BH⊥平面ACB1
又,所以
=
又正方体ABCD-A1B1C1D1棱长为1,所以,
,BB1=1
所以BH=.
解析
(1)证明:正方体ABCD-A1B1C1D1中
因为AC⊥BD,AC⊥DD1,且BD∩DD1
所以AC⊥平面BDD1B1
又BD1⊂平面BDD1B1
所以AC⊥BD1,同理可证AB1⊥BD1,
又因为AC与AB1是平面ACB1内的两条相交直线,
所以BD1⊥平面ACB1
(2)解:因为BD1与平面ACB1交于点H,所以由(1)知BH⊥平面ACB1
又,所以
=
又正方体ABCD-A1B1C1D1棱长为1,所以,
,BB1=1
所以BH=.
如图,在三棱柱ABC-A1B1C1中,侧面AA1C1C⊥底面ABC,AA1=A1C=AC=2,AB=BC,AB⊥BC,O为AC中点.
(1)证明:A1O⊥平面ABC;
(2)若E是线段A1B上一点,且满足,求A1E的长度.
正确答案
证明:(1)∵AA1=A1C=AC=2,且O为AC中点,
∴A1O⊥AC,
又∵侧面AA1C1C⊥底面ABC,侧面AA1C1C∩底面ABC=AC,A1O⊂侧面AA1C1C,
∴A1O⊥平面ABC.
解:(2),
因此,
即,
又在Rt△A1OB中,A1O⊥OB,,BO=1,
可得A1B=2,
则A1E的长度为.
解析
证明:(1)∵AA1=A1C=AC=2,且O为AC中点,
∴A1O⊥AC,
又∵侧面AA1C1C⊥底面ABC,侧面AA1C1C∩底面ABC=AC,A1O⊂侧面AA1C1C,
∴A1O⊥平面ABC.
解:(2),
因此,
即,
又在Rt△A1OB中,A1O⊥OB,,BO=1,
可得A1B=2,
则A1E的长度为.
如图,在五棱锥S-ABCDE中,SA⊥底面ABCDE,SA=AB=AE=
,BC=DE=1,∠BAE=∠BCD=∠CDE=120°.
(1)证明:BC⊥平面SAB;
(2)求二面角B-SC-D的余弦值.
正确答案
(1)证明:由题意,△ABE是等腰三角形,∠BAE=120°,所以∠ABE=30°.
又∠CBE=60°,∴∠ABC=90°,所以BC⊥BA.
∵SA⊥底面ABCDE,BC⊂底面ABCDE,
∴SA⊥BC,又SA∩BA=A,∴BC⊥平面SAB.(5分)
(2)解:由(1)得∠EAD=30°故∠BAD=90°,
以A为原点,AB、AD、AS所在直线分别为x轴、y轴、z轴,建立空间直角坐标系(如图),
则,
设平面SBC的法向量为,设平面SCD的法向量为
由⇒
令z=1,则,同理可求,
∴,
∴二面角B-SC-D的余弦值为.(13分)
解析
(1)证明:由题意,△ABE是等腰三角形,∠BAE=120°,所以∠ABE=30°.
又∠CBE=60°,∴∠ABC=90°,所以BC⊥BA.
∵SA⊥底面ABCDE,BC⊂底面ABCDE,
∴SA⊥BC,又SA∩BA=A,∴BC⊥平面SAB.(5分)
(2)解:由(1)得∠EAD=30°故∠BAD=90°,
以A为原点,AB、AD、AS所在直线分别为x轴、y轴、z轴,建立空间直角坐标系(如图),
则,
设平面SBC的法向量为,设平面SCD的法向量为
由⇒
令z=1,则,同理可求,
∴,
∴二面角B-SC-D的余弦值为.(13分)
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