- 直线与平面垂直的判定及其性质
- 共458题
如图,四边形ABCD为正方形,EA⊥平面ABCD,EF∥AB,AB=4,AE=2,EF=1.
(Ⅰ)求证:BC⊥AF;
(Ⅱ)若点M在线段AC上,且满足,求证:EM∥平面FBC;
(Ⅲ)试判断直线AF与平面EBC是否垂直?若垂直,请给出证明;若不垂直,请说明理由.
正确答案
解:(Ⅰ)因为EF∥AB,所以EF与AB确定平面EABF,
因为EA⊥平面ABCD,所以EA⊥BC.…(2分)
由已知得AB⊥BC且EA∩AB=A,
所以BC⊥平面EABF.…(3分)
又AF⊂平面EABF,
所以BC⊥AF.…(4分)
(Ⅱ)过M作MN⊥BC,垂足为N,连结FN,则MN∥AB.…(5分)
又,所以
.
又EF∥AB且,所以EF∥MN.…(6分)
且EF=MN,所以四边形EFNM为平行四边形.…(7分)
所以EM∥FN.
又FN⊂平面FBC,EM⊄平面FBC,
所以EM∥平面FBC.…(9分)
(Ⅲ)直线AF垂直于平面EBC.…(10分)
证明如下:
由(Ⅰ)可知,AF⊥BC.
在四边形ABFE中,AB=4,AE=2,EF=1,∠BAE=∠AEF=90°,
所以,则∠EBA=∠FAE.
设AF∩BE=P,因为∠PAE+∠PAB=90°,故∠PBA+∠PAB=90°
则∠APB=90°,即EB⊥AF.…(12分)
又因为EB∩BC=B,所以AF⊥平面EBC.…(13分)
解析
解:(Ⅰ)因为EF∥AB,所以EF与AB确定平面EABF,
因为EA⊥平面ABCD,所以EA⊥BC.…(2分)
由已知得AB⊥BC且EA∩AB=A,
所以BC⊥平面EABF.…(3分)
又AF⊂平面EABF,
所以BC⊥AF.…(4分)
(Ⅱ)过M作MN⊥BC,垂足为N,连结FN,则MN∥AB.…(5分)
又,所以
.
又EF∥AB且,所以EF∥MN.…(6分)
且EF=MN,所以四边形EFNM为平行四边形.…(7分)
所以EM∥FN.
又FN⊂平面FBC,EM⊄平面FBC,
所以EM∥平面FBC.…(9分)
(Ⅲ)直线AF垂直于平面EBC.…(10分)
证明如下:
由(Ⅰ)可知,AF⊥BC.
在四边形ABFE中,AB=4,AE=2,EF=1,∠BAE=∠AEF=90°,
所以,则∠EBA=∠FAE.
设AF∩BE=P,因为∠PAE+∠PAB=90°,故∠PBA+∠PAB=90°
则∠APB=90°,即EB⊥AF.…(12分)
又因为EB∩BC=B,所以AF⊥平面EBC.…(13分)
如图甲,在直角梯形PBCD中,PB∥CD,CD⊥BC,BC=PB=2CD,A是PB的中点.现沿AD把平面PAD折起,使得PA⊥AB(如图乙所示),E、F分别为BC、AB边的中点.
(Ⅰ)求证:PA⊥平面ABCD;
(Ⅱ)求证:平面PAE⊥平面PDE;
(Ⅲ)在PA上找一点G,使得FG∥平面PDE.
正确答案
解:(Ⅰ)证:因为PA⊥AD,PA⊥AB,AB∩AD=A,所以PA⊥平面ABCD(4分)
(Ⅱ)证:因为BC=PB=2CD,A是PB的中点,所以ABCD是矩形,又E为BC边的中点,所以AE⊥ED.又由PA⊥平面ABCD,得PA⊥ED,且PA∩AE=A,所以ED⊥平面PAE,而ED⊂平面PDE,故平面PAE⊥平面PDE(9分)
(Ⅲ)过点F作FH∥ED交AD于H,再过H作GH∥PD交PA于G,连接FG.
由FH∥ED,ED⊂平面PED,得FH∥平面PED;
由GH∥PD,PD⊂平面PED,得GH∥平面PED,
又FH∩GH=H,所以平面FHG∥平面PED(12分)
再分别取AD、PA的中点M、N,连接BM、MN,易知H是AM的中点,G是AN的中点,GH∥PC,FH∥ED,
从而当点G满足时,有FG∥平面PDE.(14分)
解析
解:(Ⅰ)证:因为PA⊥AD,PA⊥AB,AB∩AD=A,所以PA⊥平面ABCD(4分)
(Ⅱ)证:因为BC=PB=2CD,A是PB的中点,所以ABCD是矩形,又E为BC边的中点,所以AE⊥ED.又由PA⊥平面ABCD,得PA⊥ED,且PA∩AE=A,所以ED⊥平面PAE,而ED⊂平面PDE,故平面PAE⊥平面PDE(9分)
(Ⅲ)过点F作FH∥ED交AD于H,再过H作GH∥PD交PA于G,连接FG.
由FH∥ED,ED⊂平面PED,得FH∥平面PED;
由GH∥PD,PD⊂平面PED,得GH∥平面PED,
又FH∩GH=H,所以平面FHG∥平面PED(12分)
再分别取AD、PA的中点M、N,连接BM、MN,易知H是AM的中点,G是AN的中点,GH∥PC,FH∥ED,
从而当点G满足时,有FG∥平面PDE.(14分)
在所有棱长均为2的四面体ABCD中,E是BC的中点,写出四面体中与平面AED垂直的面,并说明理由.
正确答案
解:如图,四面体中与平面AED垂直的面有平面ABC和平面BCD.理由如下:
∵棱长均为2的四面体ABCD中,E是BC的中点,
∴AE⊥BC,DE⊥BC,
∴BC⊥平面ADE,
∵BC⊂平面ABC,BC⊂平面BCD
∴平面ABC⊥平面ADE,平面BCD⊥平面ADE
解析
解:如图,四面体中与平面AED垂直的面有平面ABC和平面BCD.理由如下:
∵棱长均为2的四面体ABCD中,E是BC的中点,
∴AE⊥BC,DE⊥BC,
∴BC⊥平面ADE,
∵BC⊂平面ABC,BC⊂平面BCD
∴平面ABC⊥平面ADE,平面BCD⊥平面ADE
如图,正方形ABCD的边长为1,正方形ADEF所在平面与平面ABCD互相垂直,G,H是DF,FC的中点.
(1)求证:GH∥平面CDE;
(2)求证:BC⊥平面CDE;
(3)求三棱锥G-ABC的体积.
正确答案
(1)证明:∵G,H分别是DF,FC的中点,
∴△FCD中,GH∥CD,
∵CD⊂平面CDE,GH⊄平面CDE,
∴GH∥平面CDE.
(2)证明:平面ADEF⊥平面ABCD,交线为AD,
∵ED⊥AD,ED⊂平面ADEF,AD⊂平面ABCD,∴DE⊥平面ABCD,
∴BC⊂平面ABCD,∴ED⊥BC,
又∵BC⊥CD,CD∩DE=D,
∴BC⊥平面CDE.
(3)解:依题意:点G到平面ABCD的距离h等于点F到平面ABCD的一半,…(11分)
即:.…(12分)
∴.…(14分)
(求底面积对的有1分)
解析
(1)证明:∵G,H分别是DF,FC的中点,
∴△FCD中,GH∥CD,
∵CD⊂平面CDE,GH⊄平面CDE,
∴GH∥平面CDE.
(2)证明:平面ADEF⊥平面ABCD,交线为AD,
∵ED⊥AD,ED⊂平面ADEF,AD⊂平面ABCD,∴DE⊥平面ABCD,
∴BC⊂平面ABCD,∴ED⊥BC,
又∵BC⊥CD,CD∩DE=D,
∴BC⊥平面CDE.
(3)解:依题意:点G到平面ABCD的距离h等于点F到平面ABCD的一半,…(11分)
即:.…(12分)
∴.…(14分)
(求底面积对的有1分)
如图所示,平面EAD⊥平面ABCD,△ADE是等边三角形,ABCD是矩形,F是AB的中点,G是AD的中点,∠BCG=30°.
(1)求证:EG⊥平面ABCD
(2)若M,N分别是EB,CD的中点,求证MN∥平面EAD.
(3)若AD=,求三棱锥F-EGC的体积.
正确答案
证明:(1)∵△ADE是正三角形,
∴EG⊥AD,又平面ADE⊥平面ABCD,且相交于AD,
∴EG⊥平面ABCD. …(4分)
(2)取AE中点H,连接DH,
∵MH=AB,MH∥AB,即MH∥DN,MH=DN,
∴四边形MHDN为平行四边形,
∴MN∥DH,又MN⊄平面EAD,DH⊂平面ADE,
∴MN∥平面EAD.…(8分)
(3)由(1)知EG⊥平面ABCD,即底面CGF的高为EG,且GE=,
又在直角三角形EGC中,由GE=,得CG=
,
∴DC=2.
∴S△CGF=2×
-
×
×2
-
×
×
=,
∴VF-EGC=VC-EGF
=×
×
= …(12分)
解析
证明:(1)∵△ADE是正三角形,
∴EG⊥AD,又平面ADE⊥平面ABCD,且相交于AD,
∴EG⊥平面ABCD. …(4分)
(2)取AE中点H,连接DH,
∵MH=AB,MH∥AB,即MH∥DN,MH=DN,
∴四边形MHDN为平行四边形,
∴MN∥DH,又MN⊄平面EAD,DH⊂平面ADE,
∴MN∥平面EAD.…(8分)
(3)由(1)知EG⊥平面ABCD,即底面CGF的高为EG,且GE=,
又在直角三角形EGC中,由GE=,得CG=
,
∴DC=2.
∴S△CGF=2×
-
×
×2
-
×
×
=,
∴VF-EGC=VC-EGF
=×
×
= …(12分)
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