- 立体几何中的向量方法
- 共7934题
已知三棱锥中,
,
,
,
,
分别是
,
中点.
(1)求证:;
(2)求直线与平面
所成角的正弦值.
正确答案
(1)见解析 (2)
(1)由条件知:,
∵
∴,
又∵且
∴
又∵
∴
又∵且
∴
(2)作于点
由(1)知,则
故,则
是直线
与平面
所成角
在△
中,
,
,
由面积法,得
直线与平面
所成角的正弦值为
如图所示,在正方体中,点
是棱
上的一个动点,平面
交棱
于点
.给出下列四个结论:
①存在点,使得
//平面
;
②存在点,使得
平面
;
③对于任意的点,平面
平面
;
④对于任意的点,四棱锥
的体积均不变.
其中,所有正确结论的序号是___________.
正确答案
①③④
试题分析:当点为
的中点时,由对称性可知
也是
的中点,此时
//
,因为
,
,所以
//
,故①正确;
假设,因为
,所以
。所以四边形
为菱形或正方形,即
。因为
为正方体所以
。所以假设不成立。故②不正确。
因为为正方形,所以
,因为
,
,所以
,因为
,所以
。因为
,所以
。同理可证
,因为
,所以
,因为
,所以
。故③正确。
设正方体边长为,则
。故④正确。
综上可得正确的是①③④。
如图,四边形ABCD为正方形,PA平面ABCD,且AD= 2PA,E、F、G、H分别是线段PA、PD、CD、BC的中点.
(I)求证:BC∥平面EFG;
(II)求证:DH平面AEG.
正确答案
(Ⅰ)见解析;(Ⅱ)见解析.
试题分析:(Ⅰ)根据分别为
中点,得到
∥
,
根据∥
,推出
∥
即得证.
(Ⅱ)由⊥平面
,得到
⊥
,即
⊥
;
再利用△≌△
,可推出∠
=∠
,∠
+∠
=90°,得到∠
+∠
=90°,证得
⊥
后即得证.
试题解析:(Ⅰ)因为分别为
中点,所以
∥
,
因为∥
,所以
∥
, 2分
因为平面
平面
, 4分
所以∥平面
. 6分
(Ⅱ)因为⊥平面
,所以
⊥
,
即⊥
, 8分
因为△≌△
,
所以∠=∠
,
∠+∠
=90°,
所以∠+∠
=90°,
所以⊥
,
又因为∩
=
,所以
⊥平面
. 12分
下列各图中,、
为正方体的两个顶点,
、
、
分别为其所在棱的中点,能得出
//平面
的图形的序号是
正确答案
①③.
试题分析:图①易得平面平行于平面AB,所以
//平面
.②中如下图
,连结CD,BE且相交于点O.所以AB∥NO0所以直线AB与平面
相交.③中如下图
.连结BC,AC.可得平面ABC与平面PMN平行,所以
//平
.④中如图
.做一个平面BCP’与平面MNP平行.可知直线AB与平面MNP相交.综上填①③.本题主要就是应用线面平行,面面平行的知识.仅根据图形很难判断出结论,要利用相应的判断性质.
(1)证明://平面
;
(2)在棱上是否存在点
,使三棱锥
的
体积为?并说明理由.
正确答案
(2)在棱上存在点
使三棱锥
的体积为
,且
是线段
的三等分点
(1)证明:连接,交
于
点,连接
,得
∥
,
平面
,
平面
,
//平面
. ………………6分
(2) 侧棱
⊥底面
,
⊥
,过
作
⊥
=
,则
∥
.
,
, ……12分
在棱
上存在点
使三棱锥
的体积为
,且
是线段
的三等分点.
………………12分
如图,正方形所在的平面与平面
垂直,
是
和
的交点,
,且
.
(1)求证:平面
;
(2)求二面角的大小.
正确答案
(1)详见解析;(2).
试题分析:(1)要证AM⊥平面EBC,关键是寻找线线垂直,利用四边形ACDE是正方形,可得AM⊥EC.利用平面ACDE⊥平面ABC,BC⊥AC,可得BC⊥平面EAC,从而有BC⊥AM.故可证;
(2)先求出二面角A-EB-C的平面角. 再在Rt△EAB中,利用AH⊥EB,有AE•AB=EB•AH.设EA=AC=BC=2a可得AB=2a,EB=2
a,∴AH=
=
.从而可求二面角A-EB-C的平面角 .
证明:(1)∵四边形是正方形,
∵平面平面
,又∵
,
平面
.
平面
,
.
平面
. 6分
(2)过作
于
,连结
.
平面
,
.
平面
.
是二面角
的平面角.
∵ 平面平面
,
平面
.
.
在中,
,有
.
设可得
,
,
.
.
.
∴二面角等于
. 12分.
如图1,在直角梯形中,
,
,
,点
为
中点.将
沿
折起,使平面
平面
,得到几何体
,如图2所示.
(1)在上找一点
,使
平面
;
(2)求点到平面
的距离.
正确答案
(1)详见解析;(2).
试题分析:(1)取的中点
,连接
.利用三角形的中位线定理
和线面平行的判定定理即可证明;
(2)利用等体积转化,,
为等腰直角三角形,
,
面
,可证
,得到
,
为直角三角形,这样借助等体积转化求出点C到平面的距离,中档题型.
试题解析:(1)取的中点
,连结
,
2分
在中,
,
分别为
,
的中点
为
的中位线
平面
平面
平面
-6分
(2)设点到平面ABD的距离为
平面
而
即
三棱锥
的高
,
即
12分
如图,在四棱锥中,
⊥面
,
为线段
上的点.
(Ⅰ)证明:⊥面
;
(Ⅱ)若是
的中点,求
与
所成的角的正切值;
(Ⅲ)若满足
⊥面
,求
的值.
正确答案
(Ⅰ)详见解析;(Ⅱ);(Ⅲ)
试题分析:(Ⅰ)证BD与面PAC内的两条相交线PA和AC都垂直,根据线面垂直可证,利用证角等于
的方法可证
,详见解析。(Ⅱ) 设
,由(1)知
,所以GO为GD在面PAC内的摄影,所以
即为所求,在直角三角形中利用三角函数即可求出。(Ⅲ)根据(Ⅰ)中条件可求出
,在直角三角形中利用勾股定理求出
,同理求出
,根据已知
⊥面
可得
,根据两直角三角形用公共边可列出方程求解。
试题解析:证明:(Ⅰ)由已知得三角形是等腰三角形,且底角等于30°,且
,所以;、
,又因为
;
(Ⅱ)设,由(1)知
,连接
,所以
与面
所成的角是
,由已知及(1)知:
,
,所以
与面
所成的角的正切值是
;
(Ⅲ)由已知得到:,因为
,在
中,
,因为
⊥面
,
,所以
,设
如图,
(Ⅰ)求证:
(Ⅱ)设
正确答案
(Ⅰ) (Ⅱ)均详见解析
试题分析:根据线面垂直的判定定理,需在面PAC内证出两条相交线都与BC垂直,首先可根据线面垂直得线线垂直证出,再根据圆中直径所对的圆周角为直角,证出
, 因为PA与AC相交于点A,所以可以证得
(Ⅱ)因为
,延长OG交AC与点M,则M为AC中点,Q为PA中点,所以可得
,根据内线外线平行即可证出
,同理可证
,因为QM与QO交与点O,所以可得
,因为QG在
内,所以
试题解析:(Ⅰ)证明:由AB是圆O的直径,得AC⊥BC.
由PA⊥平面ABC,BC⊂平面ABC,得PA⊥BC,
又PA∩AC=A,PA⊂平面PAC,AC⊂平面PAC,
所以BC⊥平面PAC.
(II)连OG并延长交AC与M,链接QM,QO.
由G为∆AOC的重心,得M为AC中点,
由G为PA中点,得QM//PC.因为,所以
同理可得因为
,
,
,所以
,因为
所以QG//平面PBC.
如图四棱锥中,底面
是平行四边形,
平面
,垂足为
,
在
上且
,
,
,
是
的中点,四面体
的体积为
.
(1)求二面角的正切值;
(2)求直线到平面
所成角的正弦值;
(3)在棱上是否存在一点
,使异面直线
与
所成的角为
,若存在,确定点
的位置,若不存在,说明理由.
正确答案
(1);(2)
;(3)不存在.
试题分析:(1)根据四面体的体积及底面积可求出
.
,
为中点,所以
,这样可得
为二面角的平面角.在
中即可求得其正切值.
(2)由于面面
,所以只需在面ABCD内过点D作交线BG的垂线,即可得PD在面PBG内的射影,从而得PD与面PBG所成的角.(3)存在性的问题,一般都通过建系来求.dsgjghmk
两两垂直,故可分别以
为
轴建立坐标系.
假设存在且设
然后用向量的夹角公式求y,如果能求出满足条件的y则存在,若不能求出满足条件的y,则不存在.
试题解析:(1)由四面体的体积为
.∴
设二面角的大小为
为中点,
∴同理
∴
∴ 3分
(2)由
∴为等腰三角形,GE为
的角平分线,作
交BG的延长线于K,
∴
由平面几何知识可知: ,
.设直线
与平面
所成角为
∴ 8分
(法二:建系)
(3)两两垂直,分别以
为
轴建立坐标系
假设存在且设
∴又直线
与
所成的角为
∴化简得:
不满足
∴这样的点不存在 12分
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