- 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为正方形,PA⊥平面ABCD,点E、F分别是PD、BC的中点.
(1)求证:EF∥平面PAB;
(2)求证:AD⊥PB.
正确答案
证明:(1)做DA的中点M,连接MF,ME,
∵E、F、M均为中点,
∴EM∥PA,MF∥AB,
∵PA⊂平面PAB,AB⊂平面PAB,AB∩PA=A,
∴面MEF∥面ABP,
∵EF⊂面MEF,
∴EF∥平面PAB;
(2)∵PA⊥平面ABCD,AD⊂平面ABCD,
∴PA⊥AD,
∵底面ABCD为正方形,
∴AD⊥AB.
∵PA∩AB=A,
∴AD⊥平面PAB,
∵PB⊂平面PAB,
∴AD⊥PB.
解析
证明:(1)做DA的中点M,连接MF,ME,
∵E、F、M均为中点,
∴EM∥PA,MF∥AB,
∵PA⊂平面PAB,AB⊂平面PAB,AB∩PA=A,
∴面MEF∥面ABP,
∵EF⊂面MEF,
∴EF∥平面PAB;
(2)∵PA⊥平面ABCD,AD⊂平面ABCD,
∴PA⊥AD,
∵底面ABCD为正方形,
∴AD⊥AB.
∵PA∩AB=A,
∴AD⊥平面PAB,
∵PB⊂平面PAB,
∴AD⊥PB.
已知三棱柱ABC-A1B1C1中,∠BCA=90°,AA1=AC=BC=2,A1在底面ABC上的射影恰为AC的中点D.
(Ⅰ)求证:AC1⊥BA1;
(Ⅱ)求四棱锥A1-BCC1B1的体积.
正确答案
(Ⅰ)证明:∵A1在底面ABC上的射影恰为AC的中点D,
∴A1D⊥平面ABC,
∵A1D⊂平面A1AC,
∴平面A1AC⊥平面ABC,
∵BC⊥AC,平面A1AC∩平面ABC=AC,
∴BC⊥平面A1AC,
∵AC1⊂平面A1AC,
∴BC⊥AC1,
∵四边形ACC1A1为平行四边形,AA1=AC,
∴四边形ACC1A1为菱形,
∴A1C⊥AC1,
∵A1C⊂平面A1CB,BC⊂平面A1CB,A1C∩BC=C,
∴AC1⊥平面A1CB,
∵BA1⊂平面A1CB,
∴AC1⊥BA1.
(Ⅱ)∵=
S△ABC•A1D=
×
×2×2×
=
.
=S△ABC•A1D=
×2×2×
=2
.
∴=
-
=2
-
=
.
解析
(Ⅰ)证明:∵A1在底面ABC上的射影恰为AC的中点D,
∴A1D⊥平面ABC,
∵A1D⊂平面A1AC,
∴平面A1AC⊥平面ABC,
∵BC⊥AC,平面A1AC∩平面ABC=AC,
∴BC⊥平面A1AC,
∵AC1⊂平面A1AC,
∴BC⊥AC1,
∵四边形ACC1A1为平行四边形,AA1=AC,
∴四边形ACC1A1为菱形,
∴A1C⊥AC1,
∵A1C⊂平面A1CB,BC⊂平面A1CB,A1C∩BC=C,
∴AC1⊥平面A1CB,
∵BA1⊂平面A1CB,
∴AC1⊥BA1.
(Ⅱ)∵=
S△ABC•A1D=
×
×2×2×
=
.
=S△ABC•A1D=
×2×2×
=2
.
∴=
-
=2
-
=
.
如图所示,在棱长为2的正方体ABCD-A1B1C1D1中,E、F分别为DD1、DB的中点.
(Ⅰ)求证:EF⊥B1C;
(Ⅱ)求三棱锥B1-EFC的体积.
正确答案
(Ⅰ)证明一:连接BD1,BC1
∵E、F分别为DD1、BD的中点∴EF∥BD1
∵正方体ABCD-A1B1C1D1
∴D1C1⊥平面BCC1B1∴D1C1⊥B1C
∵正方形BCC1B1∴B1C⊥BC1
∵D1C1∩BC1=C1∴B1C⊥平面BC1D1∴B1C⊥BD1
∵EF∥BD1∴EF⊥B1C
证明二:∵∴Rt△EDF∽Rt△FBB1
∴∠DEF=∠BFB1∴∠BFB1+∠DFE=∠DEF+∠DFE=90°∴∠EFB1=90°
∴EF⊥FB1 又∵CF⊥平面BDD1B∴CF⊥EF
B1F∩CF=F∴EF⊥平面B1FC∴EF⊥B1C
(Ⅱ)∵CB=CD,BF=DF∴CF⊥BD∵DD1⊥平面ABCD∴DD1⊥CF
又DD1∩BD=D∴CF⊥平面BDD1B1 又CF=
方法一:△B1EF的面积=2×2-
-
-
=
方法二:∵EF⊥平面B1FC∴EF⊥FB1
EF=,FB1=
Rt△B1EF的面积=×EF×FB1=
×
×
=
∴VB1-EFC=VC-B1EF=×S△B1EF×CF=
=1
∴三棱锥B1-EFC的体积为1.
解析
(Ⅰ)证明一:连接BD1,BC1
∵E、F分别为DD1、BD的中点∴EF∥BD1
∵正方体ABCD-A1B1C1D1
∴D1C1⊥平面BCC1B1∴D1C1⊥B1C
∵正方形BCC1B1∴B1C⊥BC1
∵D1C1∩BC1=C1∴B1C⊥平面BC1D1∴B1C⊥BD1
∵EF∥BD1∴EF⊥B1C
证明二:∵∴Rt△EDF∽Rt△FBB1
∴∠DEF=∠BFB1∴∠BFB1+∠DFE=∠DEF+∠DFE=90°∴∠EFB1=90°
∴EF⊥FB1 又∵CF⊥平面BDD1B∴CF⊥EF
B1F∩CF=F∴EF⊥平面B1FC∴EF⊥B1C
(Ⅱ)∵CB=CD,BF=DF∴CF⊥BD∵DD1⊥平面ABCD∴DD1⊥CF
又DD1∩BD=D∴CF⊥平面BDD1B1 又CF=
方法一:△B1EF的面积=2×2-
-
-
=
方法二:∵EF⊥平面B1FC∴EF⊥FB1
EF=,FB1=
Rt△B1EF的面积=×EF×FB1=
×
×
=
∴VB1-EFC=VC-B1EF=×S△B1EF×CF=
=1
∴三棱锥B1-EFC的体积为1.
如图,在直三棱柱ABC-A1B1C1中,∠BAC=90°,AB=AC=AA1,且E是BC中点.
(Ⅰ)求证:A1B∥平面AEC1;
(Ⅱ)求证:B1C⊥平面AEC1.
正确答案
证明:(I) 连接A1C交AC1于点O,连接EO
∵ACC1A1为正方形,∴O为中点
∴EO∥A1B,EO⊂平面AEC1,A1B⊄平面AEC1,
∴A1B∥平面AEC1.
(Ⅱ)∵AB=AC,E是BC的中点,∴AE⊥BC
∵直三棱柱ABC-A1B1C1中,平面ABC⊥平面BB1C1C,
∴AE⊥平面BB1C1C,B1C⊂平面BB1C1C,
∴B1C⊥AE
在矩形BCC1B1中,tan∠CB1C1=tan∠EC1C=,
∵∠CB1C1+∠B1CC1=
∴∠B1CC1+∠EC1C═,
∴B1C⊥EC1,
又AE∩EC1=E,
∴B1C⊥平面AEC1
解析
证明:(I) 连接A1C交AC1于点O,连接EO
∵ACC1A1为正方形,∴O为中点
∴EO∥A1B,EO⊂平面AEC1,A1B⊄平面AEC1,
∴A1B∥平面AEC1.
(Ⅱ)∵AB=AC,E是BC的中点,∴AE⊥BC
∵直三棱柱ABC-A1B1C1中,平面ABC⊥平面BB1C1C,
∴AE⊥平面BB1C1C,B1C⊂平面BB1C1C,
∴B1C⊥AE
在矩形BCC1B1中,tan∠CB1C1=tan∠EC1C=,
∵∠CB1C1+∠B1CC1=
∴∠B1CC1+∠EC1C═,
∴B1C⊥EC1,
又AE∩EC1=E,
∴B1C⊥平面AEC1
在直四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,底面ABCD为直角梯形,∠BAD=∠ADC=90°,AB=AD=1,CD=CC1=2,E为棱AA1的中点,F为棱BB1上的动点.
(Ⅰ)试确定点F的位置,使得D1E⊥DF;
(Ⅱ)在(Ⅰ)的条件下,求CF与平面EFD1所成角的大小.
正确答案
解:(Ⅰ)因为E为棱AA1的中点,当F为棱BB1上的中点,
因为直四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,底面ABCD为直角梯形,
∠BAD=∠ADC=90°,所以,点F在平面A1AD内的射影为点E,
直线DE⊂平面A1AD,
而D1E⊥DE,
由三垂线定理可知,DF⊥D1E,
∴D1E⊥DF;
(Ⅱ)由(Ⅰ)可知,F为棱BB1上的中点,
∴EF∥AB,AB∥CD,
∴CD∥EF,CD⊄平面EFD1,EF⊂平面EFD1
∴CD∥平面EFD1,
∴点C到平面EFD1的距离等于点D到平面EFD1的距离,
∵AE=1,AD=1,DE=,
即点C到平面EFD1的距离为.
CF==
.
∴sinθ==
,又
,
∴θ=arcsin.
CF与平面EFD1所成角的大小为arcsin.
解析
解:(Ⅰ)因为E为棱AA1的中点,当F为棱BB1上的中点,
因为直四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,底面ABCD为直角梯形,
∠BAD=∠ADC=90°,所以,点F在平面A1AD内的射影为点E,
直线DE⊂平面A1AD,
而D1E⊥DE,
由三垂线定理可知,DF⊥D1E,
∴D1E⊥DF;
(Ⅱ)由(Ⅰ)可知,F为棱BB1上的中点,
∴EF∥AB,AB∥CD,
∴CD∥EF,CD⊄平面EFD1,EF⊂平面EFD1
∴CD∥平面EFD1,
∴点C到平面EFD1的距离等于点D到平面EFD1的距离,
∵AE=1,AD=1,DE=,
即点C到平面EFD1的距离为.
CF==
.
∴sinθ==
,又
,
∴θ=arcsin.
CF与平面EFD1所成角的大小为arcsin.
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