- 直线与平面垂直的判定及其性质
- 共458题
底面为菱形的四棱锥P-ABCD中,∠ABC=60°,PA=AC=a,PB=PD=a,求证:PA⊥平面ABCD.
正确答案
证明:∵底面ABCD是菱形,且∠ABC=60°,
∴AB=AD=AC=a,
在△PAB中,PA2+AB2=2a2=PB2,
∴∠PAB=90°,即PA⊥AB,
同理,PA⊥AD,
∵AB∩AD=A,
∴PA⊥平面ABCD.
解析
证明:∵底面ABCD是菱形,且∠ABC=60°,
∴AB=AD=AC=a,
在△PAB中,PA2+AB2=2a2=PB2,
∴∠PAB=90°,即PA⊥AB,
同理,PA⊥AD,
∵AB∩AD=A,
∴PA⊥平面ABCD.
如图,在梯形ABCD中,AB∥CD,AD=DC=CB=1,∠ABC=60°,四边形ACFE为矩形,平面ACFE⊥平面ABCD,CF=1.
(1)求证:BC⊥平面ACFE;
(2)若点M在线段EF上移动,试问是否存在点M,使得平面MAB与平面FCB所成的二面角为45°,若存在,求出点M的坐标;若不存在,说明理由.
正确答案
解:(1)∵在梯形ABCD中,AB∥CD,AD=DC,∴∠DAC=∠DCA=∠CAB,
∵梯形ABCD是等腰梯形,得∠DAB=∠ABC=60°,
∴∠CAB=∠DAB=30°,得△ABC中,∠ACB=180°-(∠CAB+∠ABC)=90°,即AC⊥BC,(3分)
又∵平面ACEF⊥平面ABCD,平面ACEF∩平面ABCD=AC,BC⊂平面平面ABCD,
∴BC⊥平面ACFE;(5分)
(2)由(1)知AC、BC、CF两两互相垂直,以C为坐标原点,AC、BC、CF所在直线分别为x轴、y轴、z轴轴,
建立空间直角坐标系如图,
∵Rt△ABC中,BC=1,∠ABC=60°,∴AC=BCtan60°=
,
可得A、B的坐标分别为A(,0,0),B(0,1,0),设M(a,0,1),则
,
,(7分)
设=(x,y,z)是平面AMB的一个法向量,则
(9分)
取x=1,得=(1,
,
),(10分)
∵是平面FCB的一个法向量,
∴若平面MAB与平面FCB所成的二面角为45°,得
cos<,
>=
=
(12分)
化简,得2+()2=0,显然此方程无实数解,(13分)
因此,线段EF上不存在点M使得平面MAB与平面FCB所成的二面角为45°.(14分)
解析
解:(1)∵在梯形ABCD中,AB∥CD,AD=DC,∴∠DAC=∠DCA=∠CAB,
∵梯形ABCD是等腰梯形,得∠DAB=∠ABC=60°,
∴∠CAB=∠DAB=30°,得△ABC中,∠ACB=180°-(∠CAB+∠ABC)=90°,即AC⊥BC,(3分)
又∵平面ACEF⊥平面ABCD,平面ACEF∩平面ABCD=AC,BC⊂平面平面ABCD,
∴BC⊥平面ACFE;(5分)
(2)由(1)知AC、BC、CF两两互相垂直,以C为坐标原点,AC、BC、CF所在直线分别为x轴、y轴、z轴轴,
建立空间直角坐标系如图,
∵Rt△ABC中,BC=1,∠ABC=60°,∴AC=BCtan60°=
,
可得A、B的坐标分别为A(,0,0),B(0,1,0),设M(a,0,1),则
,
,(7分)
设=(x,y,z)是平面AMB的一个法向量,则
(9分)
取x=1,得=(1,
,
),(10分)
∵是平面FCB的一个法向量,
∴若平面MAB与平面FCB所成的二面角为45°,得
cos<,
>=
=
(12分)
化简,得2+()2=0,显然此方程无实数解,(13分)
因此,线段EF上不存在点M使得平面MAB与平面FCB所成的二面角为45°.(14分)
如图,在直角梯形ABCD中,∠ADC=90°,CD∥AB,AB=4,AD=CD=2,将△ADC沿AC折起,使平面ADC⊥平面ABC,得到几何体D-ABC,如图所示.
(1)求证:BC⊥平面ACD;
(2)求BD与平面ABC所成角θ的正弦值.
正确答案
解:(1)法一:由于AC=BC=2,从而AC2+BC2=AB2故AC⊥BC,
取AC中点O,连接DO,则DO⊥AC,
又平面ADC⊥平面ABC,平面ADC∩平面ABC=AC,DO⊂平面ACD,从而DO⊥平面ABC,
∴DO⊥BC,又DO∩AC=O,
∴BC⊥平面ACD
法二:由于AC=BC=2,从而AC2+BC2=AB2故AC⊥BC,
∵平面ADC⊥平面ABC,平面ADC∩平面ABC=AC,BC⊂平面ABC,从而得BC⊥平面ACD
(2)作DH⊥AC于H,连接HB,∵平面ADC⊥平面ABC,且DH⊂平面ACD,
∴DH⊥平面ABC,
∴∠DBH即为BD与平面ABC所成角θ
∴sinθ=sin∠DBH==
=
解析
解:(1)法一:由于AC=BC=2,从而AC2+BC2=AB2故AC⊥BC,
取AC中点O,连接DO,则DO⊥AC,
又平面ADC⊥平面ABC,平面ADC∩平面ABC=AC,DO⊂平面ACD,从而DO⊥平面ABC,
∴DO⊥BC,又DO∩AC=O,
∴BC⊥平面ACD
法二:由于AC=BC=2,从而AC2+BC2=AB2故AC⊥BC,
∵平面ADC⊥平面ABC,平面ADC∩平面ABC=AC,BC⊂平面ABC,从而得BC⊥平面ACD
(2)作DH⊥AC于H,连接HB,∵平面ADC⊥平面ABC,且DH⊂平面ACD,
∴DH⊥平面ABC,
∴∠DBH即为BD与平面ABC所成角θ
∴sinθ=sin∠DBH==
=
如图,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,E为DD1的中点,
(1)求证:AC⊥平面D1DB;
(2)BD1∥平面AEC.
正确答案
解:(Ⅰ)∵四边形ABCD是正方形,∴BD⊥AC.
又∵D1D⊥平面ABCD,AC⊂面ABCD,
∴D1D⊥AC,
∵BD∩D1D=D,∴AC⊥平面D1DB.
(Ⅱ)设O为底面ABCD的对角线的交点,连结OE
∵O、E分别是BD、DD1的中点,
∴OE是△D1DB的中位线,
∴OE∥BD1.
∵BD1⊄平面AEC,DE⊂平面AEC,
∴BD1∥平面AEC.
解析
解:(Ⅰ)∵四边形ABCD是正方形,∴BD⊥AC.
又∵D1D⊥平面ABCD,AC⊂面ABCD,
∴D1D⊥AC,
∵BD∩D1D=D,∴AC⊥平面D1DB.
(Ⅱ)设O为底面ABCD的对角线的交点,连结OE
∵O、E分别是BD、DD1的中点,
∴OE是△D1DB的中位线,
∴OE∥BD1.
∵BD1⊄平面AEC,DE⊂平面AEC,
∴BD1∥平面AEC.
如图,在三棱柱ABC-A1B1C1中,△ABC为等边三角形,侧棱AA1⊥平面ABC,
,D、E分别为AA1、BC1的中点.
(Ⅰ)求证:DE⊥平面BB1C1C;
(Ⅱ)求三棱锥C-BC1D的体积.
正确答案
解:(I)证明:如图
取BC,B1C1的中点F、G,连结FG、AF,∴AF⊥BC,
又AA1⊥平面ABC,BB1∥AA1
∴BB1⊥平面ABC,∴BB1⊥AF;
B1B∩BC=B,
∴AF⊥平面BB1C1C,
又AD∥EF,且AD=EF=AA1,∴DE∥AF
∴DE⊥平面BB1C1C.
(II)由(Ⅰ)知,DE⊥平面BB1C1C,∴DE是三棱锥C-BC1D底面BCC1上的高,
又DE∥AF,且DE=AF=AB=
×2=
,
=
×BC×CC1=
×2×2
=2
;
∴三棱锥C-BC1D的体积为:
=
×S△ABC×DE=
×2
×
=2.
解析
解:(I)证明:如图
取BC,B1C1的中点F、G,连结FG、AF,∴AF⊥BC,
又AA1⊥平面ABC,BB1∥AA1
∴BB1⊥平面ABC,∴BB1⊥AF;
B1B∩BC=B,
∴AF⊥平面BB1C1C,
又AD∥EF,且AD=EF=AA1,∴DE∥AF
∴DE⊥平面BB1C1C.
(II)由(Ⅰ)知,DE⊥平面BB1C1C,∴DE是三棱锥C-BC1D底面BCC1上的高,
又DE∥AF,且DE=AF=AB=
×2=
,
=
×BC×CC1=
×2×2
=2
;
∴三棱锥C-BC1D的体积为:
=
×S△ABC×DE=
×2
×
=2.
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