- 直线与平面垂直的判定及其性质
- 共458题
在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD为菱形,且∠ABC=120°,AB=1,侧棱PA与底面所成角为45°,设AC与BD交于点O,M为PA 的中点,OM⊥平面ABCD.
(1)求证:BD⊥平面PAC;
(2)设E是PB的中点,求三棱锥E-PAD的体积;
(3)求平面PAD与平面PBC所成锐二面角的余弦.
正确答案
解:(1)证明:∵OM是△APC的中位线,∴OM∥PC,∵OM⊥面ABCD,∵PC⊥面ABCD,PC⊥BD.
又底面ABCD为菱形,∴AC⊥BD.而OM 和 AC是平面PAC内的两条相交直线,∴BD⊥平面PAC.
(2)△ABC中,有余弦定理求得AC=,∵侧棱PA与底面所成角为45°,∴PC=
,
三棱锥E-PAD的体积 VE-PAD=VB-PAD=
VP-BAD=
×
S△ABD•PC
=(
sin60°)
=
.
(3)∵PC⊥面ABCD,作CF⊥AD,交 AD延长线于F,则PF⊥AD.过点P作AD的平行线l,
则l是平面PAD与平面PBC所成锐二面角的棱,且l⊥PC,l⊥PF,
故∠CPF为平面PAD与平面PBC所成锐二面角的平面角.
CF=DCsin60°=,Rt△PCF中,tan∠CPF=
=
=
,
∴cos∠CPF=.
解析
解:(1)证明:∵OM是△APC的中位线,∴OM∥PC,∵OM⊥面ABCD,∵PC⊥面ABCD,PC⊥BD.
又底面ABCD为菱形,∴AC⊥BD.而OM 和 AC是平面PAC内的两条相交直线,∴BD⊥平面PAC.
(2)△ABC中,有余弦定理求得AC=,∵侧棱PA与底面所成角为45°,∴PC=
,
三棱锥E-PAD的体积 VE-PAD=VB-PAD=
VP-BAD=
×
S△ABD•PC
=(
sin60°)
=
.
(3)∵PC⊥面ABCD,作CF⊥AD,交 AD延长线于F,则PF⊥AD.过点P作AD的平行线l,
则l是平面PAD与平面PBC所成锐二面角的棱,且l⊥PC,l⊥PF,
故∠CPF为平面PAD与平面PBC所成锐二面角的平面角.
CF=DCsin60°=,Rt△PCF中,tan∠CPF=
=
=
,
∴cos∠CPF=.
如图,四棱锥P-ABCD的底面ABCD为矩形,且PA=AD=1,AB=2,∠PAB=120°,∠PBC=90°.
(Ⅰ)求证:DA⊥平面PAB;
(Ⅱ)求三棱锥D-PAC的体积.
正确答案
解:(Ⅰ)∵四边形ABCD为矩形,∴DA⊥AB,且DA∥BC,…(1分)
∵∠PBC=90°,得BC⊥PB,∴DA⊥PB…(3分)
又∵AB∩PB=B,AB、PB⊂平面PAB
∴DA⊥平面PAB,…(5分)
(Ⅱ)∵PA=1,AB=2,∠PAB=120°,
∴根据正弦定理,得△PAB的面积为S△PAB=×1×2×sin120°=
,…(7分)
由(1)DA⊥平面PAB,且AD∥BC.可得BC⊥平面PAB,
∴BC是三棱锥C-PAB的高线,…(9分)
因此,可得VC-PAB=S△PAB•BC=
×
×1=
,…(10分)
∵VD-PAC=VP-DAC=VP-ABC=VC-PAB…(12分)
∴三棱锥D-PAC的体积VD-PAC=VC-PAB=…(13分)
解析
解:(Ⅰ)∵四边形ABCD为矩形,∴DA⊥AB,且DA∥BC,…(1分)
∵∠PBC=90°,得BC⊥PB,∴DA⊥PB…(3分)
又∵AB∩PB=B,AB、PB⊂平面PAB
∴DA⊥平面PAB,…(5分)
(Ⅱ)∵PA=1,AB=2,∠PAB=120°,
∴根据正弦定理,得△PAB的面积为S△PAB=×1×2×sin120°=
,…(7分)
由(1)DA⊥平面PAB,且AD∥BC.可得BC⊥平面PAB,
∴BC是三棱锥C-PAB的高线,…(9分)
因此,可得VC-PAB=S△PAB•BC=
×
×1=
,…(10分)
∵VD-PAC=VP-DAC=VP-ABC=VC-PAB…(12分)
∴三棱锥D-PAC的体积VD-PAC=VC-PAB=…(13分)
如图,三棱锥P-ABC中,PA⊥底面ABC,△ABC为等边三角形,D,E分别是BC,CA的中点.
(Ⅰ)证明:BE⊥平面PAC;
(Ⅱ)若PA=AB=2,求三棱锥P-ABC的体积.
(Ⅲ)在BC上是否存在一点F,使AD∥平面PEF?并说明理由.
正确答案
解:(Ⅰ)证明:由 PA⊥底面ABC,PA⊂平面PAC,
可得平面PAC⊥⊥平面ABC.
由于E是CA的中点,△ABC为等边三角形,∴BE⊥AC.
再由BE⊂平面ABC,平面 ABC∩平面PAC=AC,∴BE⊥平面PAC.
(Ⅱ)若PA=AB=2,则三棱锥P-ABC的体积 V=•S△ABC•PA=
(
AB•AC•sinA)PA=
(
)×2=
.
(Ⅲ)在BC上是存在一点F,且F为CD的中点,使AD∥平面PEF.
证明:∵E、F分别为AC、CD的中点,∴EF∥AD.
由于 EF⊂平面PEF,AD⊄平面PEF,∴AD∥平面PEF.
解析
解:(Ⅰ)证明:由 PA⊥底面ABC,PA⊂平面PAC,
可得平面PAC⊥⊥平面ABC.
由于E是CA的中点,△ABC为等边三角形,∴BE⊥AC.
再由BE⊂平面ABC,平面 ABC∩平面PAC=AC,∴BE⊥平面PAC.
(Ⅱ)若PA=AB=2,则三棱锥P-ABC的体积 V=•S△ABC•PA=
(
AB•AC•sinA)PA=
(
)×2=
.
(Ⅲ)在BC上是存在一点F,且F为CD的中点,使AD∥平面PEF.
证明:∵E、F分别为AC、CD的中点,∴EF∥AD.
由于 EF⊂平面PEF,AD⊄平面PEF,∴AD∥平面PEF.
已知直线m、n和平面α、β,若α⊥β,α∩β=m,n⊂α,要使n⊥β,则应增加的条件是( )
正确答案
解析
解:由直线与平面垂直的性质定理可知,要使n⊥β,
只需在已知直线m、n和平面α、β,若α⊥β,α∩β=m,n⊂α,则应增加的条件n⊥m,
故选B.
如图所示,正方体ABCD-A1B1C1D1中,求证:
(1)BD1⊥平面ACB1
(2)平面A1BD∥平面B1CD1
(3)平面AA1C⊥平面B1D1DB.
正确答案
证明:(1)由正方体可得:AC⊥BD,B1B⊥BD,BD∩B1B=B,
∴AC⊥平面BDD1B1,
∴AC⊥BD1.
同理可证:AB1⊥BD1.
又AC∩AB1=A,∴BD1⊥平面AB1C.
(2)∵BD∥B1D1,BD⊄平面B1CD1,B1D1⊂平面B1CD1,
∴BD∥平面B1CD1,
同理可证:A1B∥平面B1CD1,
而BD∩A1B=B,∴平面A1BD∥平面B1CD1;
(3)由(1)可知:AC⊥平面BDD1B1,
而AC⊂平面ACC1A1,
∴平面AA1CC1⊥平面B1D1DB.
解析
证明:(1)由正方体可得:AC⊥BD,B1B⊥BD,BD∩B1B=B,
∴AC⊥平面BDD1B1,
∴AC⊥BD1.
同理可证:AB1⊥BD1.
又AC∩AB1=A,∴BD1⊥平面AB1C.
(2)∵BD∥B1D1,BD⊄平面B1CD1,B1D1⊂平面B1CD1,
∴BD∥平面B1CD1,
同理可证:A1B∥平面B1CD1,
而BD∩A1B=B,∴平面A1BD∥平面B1CD1;
(3)由(1)可知:AC⊥平面BDD1B1,
而AC⊂平面ACC1A1,
∴平面AA1CC1⊥平面B1D1DB.
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