- 直线与平面垂直的判定及其性质
- 共458题
如图,多面体ABCDE的一个面ABC内接于圆O,AB是圆O的直径,四边形BCDE为平行四边形,且CD⊥平面ABC.
(1)证明:BC⊥平面ACD;
(2)若AB=5,BC=4,,求多面体ABCDE的体积.
正确答案
(1)证明:因为CD⊥平面ABC,BC⊂平面ABC,所以CD⊥BC.
因为AB是圆O的直径,所以BC⊥AC,又CD∩AC=C,所以BC⊥平面ACD.
(2)多面体ABCDE是一个四棱锥A-BCDE.
因为CD⊥平面ABC,AC⊂平面ABC,所以CD⊥AC,
又AC⊥BC,CD∩BC=C,所以AC⊥平面BCDE.所以AC是四棱锥A-BCDE的高.
因为AB=5,BC=4,所以.
因为AB=5,,所以BE=4.
所以底面BCDE的面积为BC×BE=4×4=16.
所以.
解析
(1)证明:因为CD⊥平面ABC,BC⊂平面ABC,所以CD⊥BC.
因为AB是圆O的直径,所以BC⊥AC,又CD∩AC=C,所以BC⊥平面ACD.
(2)多面体ABCDE是一个四棱锥A-BCDE.
因为CD⊥平面ABC,AC⊂平面ABC,所以CD⊥AC,
又AC⊥BC,CD∩BC=C,所以AC⊥平面BCDE.所以AC是四棱锥A-BCDE的高.
因为AB=5,BC=4,所以.
因为AB=5,,所以BE=4.
所以底面BCDE的面积为BC×BE=4×4=16.
所以.
如图所示,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是矩形,侧棱PA垂直于底面,E、F分别是AB、PC的中点,PA=AD.求证:
(1)CD⊥PD;
(2)EF⊥平面PCD.
正确答案
(本题满分8分)
证明:(1)∵PA⊥底面ABCD,∴CD⊥PA.
又矩形ABCD中,CD⊥AD,且AD∩PA=A,
∴CD⊥平面PAD,∴CD⊥PD.(4分)
(2)取PD的中点G,连结AG,FG.
又∵G、F分别是PD、PC的中点,
∴GF平行且等于CD,
∴GF平行且等于AE,
∴四边形AEFG是平行四边形,∴AG∥EF.
∵PA=AD,G是PD的中点,
∴AG⊥PD,∴EF⊥PD,
∵CD⊥平面PAD,AG⊂平面PAD.
∴CD⊥AG.∴EF⊥CD.
∵PD∩CD=D,∴EF⊥平面PCD.(8分)
解析
(本题满分8分)
证明:(1)∵PA⊥底面ABCD,∴CD⊥PA.
又矩形ABCD中,CD⊥AD,且AD∩PA=A,
∴CD⊥平面PAD,∴CD⊥PD.(4分)
(2)取PD的中点G,连结AG,FG.
又∵G、F分别是PD、PC的中点,
∴GF平行且等于CD,
∴GF平行且等于AE,
∴四边形AEFG是平行四边形,∴AG∥EF.
∵PA=AD,G是PD的中点,
∴AG⊥PD,∴EF⊥PD,
∵CD⊥平面PAD,AG⊂平面PAD.
∴CD⊥AG.∴EF⊥CD.
∵PD∩CD=D,∴EF⊥平面PCD.(8分)
如图,正三棱锥O-ABC的三条侧棱OA,OB,OC两条垂直,且长度为2.E,F分别是AB,AC的中点,H是EF的中点,过EF的一个平面与侧棱OA,OB,OC或其延长线分别相交于A1,B1,C1,已知
(Ⅰ)证明:B1C1⊥平面OAH;
(Ⅱ)求三棱锥O-A1B1C1体积.
正确答案
解:(Ⅰ)∵EF是△ABC的中位线,∴EF∥BC,
又∵EF⊄平面OBC,BC⊂平面0BC,∴EF∥平面0BC,…(2分)
又∵EF⊂面A1B1C1,面A1B1C1∩面OBC=B1Cl,
∴EF∥B1C1…(4分)
又∵H是EF的中点,AH⊥EF,∴AH⊥B1C1.…(5分)
∵OA⊥OB,OA⊥OC,OB∩OC=O,∴OA⊥平面OBC,
∵B1Cl⊂平面OBC,∴OA⊥B1C1,
又∵OA∩AH=A,OA、AH⊂平面OAH
∴B1C1⊥平面OAH.…(8分)
(Ⅱ)过点E作EM⊥OB1于M,则
∵△AOB中,OA⊥OB,EM⊥OB
∴EM∥OA,且M是OB的中点.
可得EM=OM=1.设OB1=x,则MB1=x-1,
由,得
.
解得x=3.即OB1=OC1=3.…(11分)
从而三棱锥O-A1B1C1体积为
.…(14分)
解析
解:(Ⅰ)∵EF是△ABC的中位线,∴EF∥BC,
又∵EF⊄平面OBC,BC⊂平面0BC,∴EF∥平面0BC,…(2分)
又∵EF⊂面A1B1C1,面A1B1C1∩面OBC=B1Cl,
∴EF∥B1C1…(4分)
又∵H是EF的中点,AH⊥EF,∴AH⊥B1C1.…(5分)
∵OA⊥OB,OA⊥OC,OB∩OC=O,∴OA⊥平面OBC,
∵B1Cl⊂平面OBC,∴OA⊥B1C1,
又∵OA∩AH=A,OA、AH⊂平面OAH
∴B1C1⊥平面OAH.…(8分)
(Ⅱ)过点E作EM⊥OB1于M,则
∵△AOB中,OA⊥OB,EM⊥OB
∴EM∥OA,且M是OB的中点.
可得EM=OM=1.设OB1=x,则MB1=x-1,
由,得
.
解得x=3.即OB1=OC1=3.…(11分)
从而三棱锥O-A1B1C1体积为
.…(14分)
如图甲,⊙O的直径AB=2,圆上两点C、D在直径AB的两侧,使∠CAB=.沿直径AB折起,使两个半圆所在的平面互相垂直(如图乙),F为BC的中点,E为AO的中点.根据图乙解答下列各题:
(1)求三棱锥C-BOD的体积;
(2)求证:CB⊥DE;
(3)在BD弧上是否存在一点G,使得FG∥平面ACD?若存在,试确定点G的位置;若不存在,请说明理由.
正确答案
(1)解:∵C为圆周上一点,且AB为直径,∴∠C=90°,
∵,∴AC=BC,
∵O为AB中点,∴CO⊥AB,
∵AB=2,∴CO=1.
∵两个半圆所在平面ACB与平面ADB互相垂直且其交线为AB,
∴CO⊥平面ABD,∴CO⊥平面BOD.
∴CO就是点C到平面BOD的距离,
在Rt△ABD中,,
∴.
(2)在△AOD中,∵∠OAD=60°,OA=OD,∴△AOD为正三角形,
又∵E为OA的中点,∴DE⊥AO,
∵两个半圆所在平面ACB与平面ADB互相垂直且其交线为AB,∴DE⊥平面ABC.
∴CB⊥DE.
(3)存在,G为的中点.证明如下:
连接OG,OF,FG,
∴OG⊥BD,
∵AB为⊙O的直径,
∴AD⊥BD
∴OG∥AD,
∵OG⊄平面ACD,AD⊂平面ACD,
∴OG∥平面ACD.
在△ABC中,O,F分别为AB,BC的中点,∴OF∥AC,
又OF⊄平面ACD,∴OF∥平面ACD,
∵OG∩OF=O,
∴平面OFG∥平面ACD,
又FG⊂平面OFG,∴FG∥平面ACD.
解析
(1)解:∵C为圆周上一点,且AB为直径,∴∠C=90°,
∵,∴AC=BC,
∵O为AB中点,∴CO⊥AB,
∵AB=2,∴CO=1.
∵两个半圆所在平面ACB与平面ADB互相垂直且其交线为AB,
∴CO⊥平面ABD,∴CO⊥平面BOD.
∴CO就是点C到平面BOD的距离,
在Rt△ABD中,,
∴.
(2)在△AOD中,∵∠OAD=60°,OA=OD,∴△AOD为正三角形,
又∵E为OA的中点,∴DE⊥AO,
∵两个半圆所在平面ACB与平面ADB互相垂直且其交线为AB,∴DE⊥平面ABC.
∴CB⊥DE.
(3)存在,G为的中点.证明如下:
连接OG,OF,FG,
∴OG⊥BD,
∵AB为⊙O的直径,
∴AD⊥BD
∴OG∥AD,
∵OG⊄平面ACD,AD⊂平面ACD,
∴OG∥平面ACD.
在△ABC中,O,F分别为AB,BC的中点,∴OF∥AC,
又OF⊄平面ACD,∴OF∥平面ACD,
∵OG∩OF=O,
∴平面OFG∥平面ACD,
又FG⊂平面OFG,∴FG∥平面ACD.
如图,正三棱柱ABC-A1B1C1中,底面边长为
.
(1)设侧棱长为1,求证:AB1⊥BC1;
(2)设AB1与BC1的夹角为,求侧棱的长.
正确答案
解析
解:(1)取BC中点D,连接AD,B1D,
由正三棱锥ABC-A1B1C1,得面ABC⊥面BCC1B1.
又D为三角形ABC的边BC的中点,故
AD⊥BC,于是AD⊥面BCC1B1
在矩形BCC1B1中,BC=,BB1=1,
于是Rt△CBC1与Rt△BB1D相似,
∠CBC1=∠BB1D,BC1⊥DB1
得AB1⊥BC1
(2)取BC1的中点D,AC的中点E,连DE,则DE∥AB1,∠EDB即为A B1与B C1成600角,
∴∠EDB=60°,在等边三角形EDB中,BD=BE=,
∴BC1=2BD=,⇒BB1=
=2
∴侧棱长为2(14分)
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