- 直线与平面垂直的判定及其性质
- 共458题
如图:已知BC是半径为1的半圆O的直径,A是半圆周上不同于B,C的点,F为弧AC的中点.在梯形ACDE中,DE∥AC且AC=2DE,平面ACDE⊥平面ABC.求证:
(1)直线AB⊥平面ACDE;
(2)直线BE∥平面DOF.
正确答案
证明:(1)∵BC是半圆O的直径,A是半圆周上不同于B,C的点AC
∴∠BAC=90°,∴AC⊥AB
∵平面ACDE⊥平面ABC,平面ACDE∩平面ABC=AC,AB⊂平面ABC
∴由两个平面垂直的性质得,AB⊥平面ACDE;
(2)如图,设OF∩AC=M,连接DM,OA
∵F为弧AC的中点,
∴M为AC的中点.
∵AC=2DE,DE∥AC
∴DE∥AM,DE=AM
∴四边形AMDE为平行四边形.
∴DM∥AE
∵DM⊄平面ABE,AE⊂平面ABE
∴DM∥平面ABE
∵O为BC中点
∴OM为三角形ABC的中位线
∴OM∥AB
∵OM⊄平面ABE,AB⊂平面ABE
∴OM∥平面ABE
∵OM⊂平面OFD,DM⊂平面OFD,OM∩DM=M
∴由两个平面平行的判定定理可知,平面OFD∥平面ABE,
∵BE⊂平面ABE,
∴直线BE∥平面DOF.
解析
证明:(1)∵BC是半圆O的直径,A是半圆周上不同于B,C的点AC
∴∠BAC=90°,∴AC⊥AB
∵平面ACDE⊥平面ABC,平面ACDE∩平面ABC=AC,AB⊂平面ABC
∴由两个平面垂直的性质得,AB⊥平面ACDE;
(2)如图,设OF∩AC=M,连接DM,OA
∵F为弧AC的中点,
∴M为AC的中点.
∵AC=2DE,DE∥AC
∴DE∥AM,DE=AM
∴四边形AMDE为平行四边形.
∴DM∥AE
∵DM⊄平面ABE,AE⊂平面ABE
∴DM∥平面ABE
∵O为BC中点
∴OM为三角形ABC的中位线
∴OM∥AB
∵OM⊄平面ABE,AB⊂平面ABE
∴OM∥平面ABE
∵OM⊂平面OFD,DM⊂平面OFD,OM∩DM=M
∴由两个平面平行的判定定理可知,平面OFD∥平面ABE,
∵BE⊂平面ABE,
∴直线BE∥平面DOF.
如图1,在直角梯形ABCD中,∠A=∠B=90°,AD=2,BC=3,EF∥AB,且AE=1,M,N分别是FC,CD的中点.将梯形ABCD沿EF折起,使得BM=1,连接AD,BC,AC得到(图2)所示几何体.
(Ⅰ)证明:BC⊥平面ABFE;
(Ⅱ)证明:AF∥平面BMN.
正确答案
证明:(Ⅰ)由已知得到BF=BM=F=,∴∠BFC=60°,由余弦定理得到BC=,∴BC2+BF2=FC2,∴BC⊥FB,
又AB⊥BC,∴BC⊥平面ABFE;
(Ⅱ)连接DF,∵M,N是FC,CD的中点,∴MN∥DF,
∵DE∥FC,AE∥FB,
∴平面AED∥平面BFM,并且,∠A=∠B=90°,EF∥AB,
∴几何体AED-BFM是正三棱柱,∴AB∥DM∴AD∥BM,
∴平面ADF∥平面BMN.
又AF⊂平面ADF,
∴AF∥平面BMN.
解析
证明:(Ⅰ)由已知得到BF=BM=F=,∴∠BFC=60°,由余弦定理得到BC=,∴BC2+BF2=FC2,∴BC⊥FB,
又AB⊥BC,∴BC⊥平面ABFE;
(Ⅱ)连接DF,∵M,N是FC,CD的中点,∴MN∥DF,
∵DE∥FC,AE∥FB,
∴平面AED∥平面BFM,并且,∠A=∠B=90°,EF∥AB,
∴几何体AED-BFM是正三棱柱,∴AB∥DM∴AD∥BM,
∴平面ADF∥平面BMN.
又AF⊂平面ADF,
∴AF∥平面BMN.
已知矩形ABPD,点C为BP的中点,AD=2,AB=1,将△CDP沿CD折起成四棱锥P′-ABCD,其中∠AP′D=90°
(1)求证:AC⊥平面P′CD;
(2)求CD与平面AP′D所成角的正弦值.
正确答案
解:(1)证明:矩形ABPD中,点C为BP的中点,AD=2,AB=1,
∴AC=DC=,
∴AC2+CD2=AD2,
∴AC⊥CD;
又∠AP′D=90°,∴P′D⊥AP′,
又P′D⊥P′C,且P′C∩P′A=P′,
AP′⊂平面ACP′,P′C⊂平面ACP′,
∴P′D⊥平面ACP′;
又AC⊂平面ACP′,
∴P′D⊥AC;
又P′D∩CD=D,P′D⊂平面P′CD,CD⊂平面P′CD,
∴AC⊥平面P′CD;
(2)如图所示,
由(1)知,AC⊥平面CP′D,
AC⊂平面ACD,∴平面ACD⊥平面CP′D;
取CD的中点G,连接P′G,
则P′G⊥CD,
又平面ACD∩平面CP′D=CD,
P′G⊂平面CP′D,
∴P′G⊥平面ACD;
∴P′G==
,;
设CH⊥平面AP′D,垂足为H,连接DH,则∠CDH为直线CD与平面AP′D所成的角,
由三棱锥的体积相等,得出
S△AP′D•CH=S△ACD•P′G,
即•1•
•CH=
•
•
•
,
解得CH=;
∴sin∠CDH==
=
,
即CD与平面AP′D所成角的正弦值为.
解析
解:(1)证明:矩形ABPD中,点C为BP的中点,AD=2,AB=1,
∴AC=DC=,
∴AC2+CD2=AD2,
∴AC⊥CD;
又∠AP′D=90°,∴P′D⊥AP′,
又P′D⊥P′C,且P′C∩P′A=P′,
AP′⊂平面ACP′,P′C⊂平面ACP′,
∴P′D⊥平面ACP′;
又AC⊂平面ACP′,
∴P′D⊥AC;
又P′D∩CD=D,P′D⊂平面P′CD,CD⊂平面P′CD,
∴AC⊥平面P′CD;
(2)如图所示,
由(1)知,AC⊥平面CP′D,
AC⊂平面ACD,∴平面ACD⊥平面CP′D;
取CD的中点G,连接P′G,
则P′G⊥CD,
又平面ACD∩平面CP′D=CD,
P′G⊂平面CP′D,
∴P′G⊥平面ACD;
∴P′G==
,;
设CH⊥平面AP′D,垂足为H,连接DH,则∠CDH为直线CD与平面AP′D所成的角,
由三棱锥的体积相等,得出
S△AP′D•CH=S△ACD•P′G,
即•1•
•CH=
•
•
•
,
解得CH=;
∴sin∠CDH==
=
,
即CD与平面AP′D所成角的正弦值为.
如图,在棱长为1的正方体ABCD-A1B1C1D1中,AC与BD交于点E,CB与CB1交于点F.
(I)求证:A1C⊥平BDC1;
(II)求二面角B-EF-C的大小(结果用反三角函数值表示).
正确答案
证明:(Ⅰ)∵A1A⊥底面ABCD,则AC是A1C在底面ABCD的射影.
∵AC⊥BD.∴A1C⊥BD.
同理A1C⊥DC1,又BD∩DC1=D,
∴A1C⊥平面BDC1.
(Ⅱ)取EF的中点H,连接BH、CH,
∵,∴BH⊥EF.
同理CH⊥EF.
∴∠BHC是二面角B-EF-C的平面角.
又E、F分别是AC、B1C的中点,∴.
∴△BEF与△CEF是两个全等的正三角形.
故BH=CH=.
于是在△BCH中,由余弦定理,得cos∠BHC=
∴.
故二面角B-EF-C的大小为π-arccos.
解析
证明:(Ⅰ)∵A1A⊥底面ABCD,则AC是A1C在底面ABCD的射影.
∵AC⊥BD.∴A1C⊥BD.
同理A1C⊥DC1,又BD∩DC1=D,
∴A1C⊥平面BDC1.
(Ⅱ)取EF的中点H,连接BH、CH,
∵,∴BH⊥EF.
同理CH⊥EF.
∴∠BHC是二面角B-EF-C的平面角.
又E、F分别是AC、B1C的中点,∴.
∴△BEF与△CEF是两个全等的正三角形.
故BH=CH=.
于是在△BCH中,由余弦定理,得cos∠BHC=
∴.
故二面角B-EF-C的大小为π-arccos.
如图,四棱锥P-ABCD的底面ABCD为矩形,且PD⊥平面ABCD,且PD=CD,设点E,F分别为棱PB,PC的中点
(1)求证:EF∥平面PAD;
(2)求证:PC⊥平面DEF.
正确答案
证明:(1)由已知EF为△PBC的中位线,所以EF∥BC,
又因为BC∥AD,所以EF∥AD,
而AD⊂平面PAD,EF⊄平面PAD,所以EF∥平面PAD
(2)由已知PC在平面ABCD中的射影为CD,BC⊆面ABCD,BC⊥CD,
由三垂线定理可知:BC⊥PC,
而EF∥BC,所以PC⊥EF,
又因为△PCD为等腰三角形,F为PC中点,所以PC⊥DF,
又因为EF∩DF=F,所以PC⊥平面DEF.
解析
证明:(1)由已知EF为△PBC的中位线,所以EF∥BC,
又因为BC∥AD,所以EF∥AD,
而AD⊂平面PAD,EF⊄平面PAD,所以EF∥平面PAD
(2)由已知PC在平面ABCD中的射影为CD,BC⊆面ABCD,BC⊥CD,
由三垂线定理可知:BC⊥PC,
而EF∥BC,所以PC⊥EF,
又因为△PCD为等腰三角形,F为PC中点,所以PC⊥DF,
又因为EF∩DF=F,所以PC⊥平面DEF.
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