- 立体几何中的向量方法
- 共7934题
△ABC的三个顶点分别是A(1,-1,2),B(5,-6,2),C(1,3,-1),则AC边上的高BD长为______.
正确答案
∵A(1,-1,2),B(5,-6,2),C(1,3,-1),
∴=(4,-5,0),
=(0,4,-3),
∵点D在直线AC上,
∴设=λ
=(0,4λ,-3λ),
由此可得=
-
=(0,4λ,-3λ)-(4,-5,0)=(-4,4λ+5,-3λ),
又∵⊥
,
∴•
=-4×0+(4λ+5)×4+(-3λ)×(-3)=0,解得λ=-
.
因此=(-4,4λ+5,-3λ)=(-4,
,
),
可得||=
=5
故答案为:5
如图,在正方体中,
,
为
的中点,
为
的中点.
(1)求证:平面平面
;
(2)求证:平面
;
(3)设为正方体
棱上一点,给出满足条件
的点
的个数,并说明理由.
正确答案
(1)详见解析;(2)详见解析;(3)在正方体棱上使得
的点
有12个.
试题分析:(1)求证:平面平面
,证明两平面垂直,只需证明一个平面过另一个平面的垂线,注意到本题是一个正方体,因此可证
平面
即可;(2)求证:
平面
,证明线面平行,即证线线平行,即在平面
内找一条直线与
平行,注意到
为
的中点,
为
的中点,可连接
,
,设
,连接
,证明
即可,即证四边形
是平行四边形即可;(3)设
为正方体
棱上一点,给出满足条件
的点
的个数,由(2)可知,
,且
,故点
符合,有正方体的特征,可知,
,故
是点
到
的最短距离,故这样的点就一个,同理在其他棱上各有一个,故可求出满足条件
的点
的个数.
(1)在正方体中,
因为 平面
,
平面
,
所以平面平面
. 4分
(2)证明:连接,
,设
,连接
.
因为为正方体,
所以 ,且
,且
是
的中点,
又因为是
的中点,
所以 ,且
,
所以 ,且
,
即四边形是平行四边形,
所以, 6分
又因为 平面
,
平面
,
所以 平面
. 9分
(3)满足条件的点P有12个. 12分
理由如下:
因为 为正方体,
,
所以 .
所以 . 13分
在正方体中,
因为 平面
,
平面
,
所以 ,又因为
,所以
,
则点到棱
的距离为
,
所以在棱上有且只有一个点(即中点
)到点
的距离等于
,
同理,正方体每条棱的中点到点
的距离都等于
,
所以在正方体棱上使得
的点
有12个. 14分
如图:在四棱锥中,底面
是正方形,
,
,点
在
上,且
.
(1)求证:平面
;
(2)求二面角的余弦值;
(3)证明:在线段上存在点
,使
∥平面
,并求
的长.
正确答案
(1)证明见解析;(2);(3)证明见解析.
.
试题分析:(1)要证线面垂直,就是要证与平面
内的两条相交直线垂直,如
,虽然题中没有给出多少垂直关系,但有线段的长度,实际上在
中应用勾股定理就能证明
,同理可证
,于是可得
平面
;(2)由于在(1)已经证明了
两两垂直,因此解决下面的问题我们可以通过建立空间直角坐标系,利用空间向量法解题.以
为原点,
分别为
轴建立空间直角坐标系,写出相应点的坐标,
,
,
,
,
,
,这样我们只要求出平面
和平面
的法向量,利用法向量的夹角与二面角相等可互补可得所求二面角大小;(3)线段
上的点
的坐标可写为
,这样若有
平面
,即
与(2)中所求平面
的法向量垂直,由此可出
,若
,说明在线段
上存在符合题意的点,否则就是不存在.
试题解析:(1)证明:,
,
,同理
2分
又,
平面
. 4分
(2)以为原点,
分别为
轴建立空间直角坐标系,
则 6分
平面的法向量为
,
设平面的法向量为
7分
,由
,
,取
, 8分
设二面角的平面角为
,
二面角
的余弦值为
. 10分
(3)假设存在点,使
∥平面
,
令,
12分
由
∥平面
,
,解得
存在点
为
的中点,即
. 14分
直三棱柱ABC-A1B1C1的底面为等腰直角三角形,∠BAC=90°,AB=AC=2,AA1=2,E,F分别是BC,AA1的中点.
求(1)异面直线EF和A1B所成的角.
(2)三棱锥A-EFC的体积.
正确答案
(1) 30° (2)
(1)取AB的中点D,连DE,DF,则DF∥A1B,
∴∠DFE(或其补角)即为所求.
由题意易知,DF=,DE=1,AE=
,
由DE⊥AB,DE⊥AA1得DE⊥平面ABB1A1,
∴DE⊥DF,即△EDF为直角三角形,
∴tan∠DFE==
=
,∴∠DFE=30°,
即异面直线EF和A1B所成的角为30°.
(2)VA-EFC=VF-AEC=·S△AEC·FA=
×
×
×
×
=
.
如图所示,已知点是正方体
的棱
上的一个动点,设异面直线
与
所成的角为
,则
的最小值是 .
正确答案
试题分析:因为//
,所以
即为异面直线
与
所成的角为
。因为
是正方体,所以
,因为
,所以
。所以
,当
时,
。
如图,已知平面
,
,
是正三角形,AD=DE
AB,且F是CD的中点.
⑴求证:AF//平面BCE;
⑵求证:平面BCE⊥平面CDE.
正确答案
(1)详见解析;⑵详见解析.
试题分析:(1)要证AF//平面BCE就需要在平面BCE内找一条直线与AF平行.
取CE中点P,易证ABPF为平行四边形,从而问题得证.
⑵证面面垂直,首先考虑评点哪条线垂直哪个面.
很容易得,AF⊥CD,故考虑证明AF⊥平面CDE.那么需要在平面CDE内再找一条直线与AF垂直.找哪一条呢? ∵DE⊥平面ACD, AF平面ACD,∴DE⊥AF,这样便可使问题得证.
试题解析:(1)取CE中点P,连结FP、BP。
∵F为CD的中点,∴FP//DE,且FP= 2分
又AB//DE,且AB=∴AB//FP,且AB=FP,
∴ABPF为平行四边形,∴AF//BP.
又∵AF平面BCE,BP
平面BCE,∴AF//平面BCE. 6分
⑵∵△ACD为正三角形,∴AF⊥CD.
∵DE⊥平面ACD, AF平面ACD,
∴DE⊥AF
又AF⊥CD,CD∩DE=D,
∴AF⊥平面CDE. 8分
又BP//AF,∴BP⊥平面CDE。 10分
又∵BP平面BCE,
∴平面BCE⊥平面CDE. 12分
(本小题满分14分)如图在底面是矩形的四棱锥P-ABCD中,PA⊥底面ABCD, E、F分别是PC、PD的中点,求证:(1)EF∥平面PAB;
(2)平面PAD⊥平面PDC.
正确答案
(1)∵、
分别是
、
的中点,∴
∥
. 2分
∵底面是矩形,∴
∥
.∴
∥
. 4分
又平面
,
平面
,
∴∥平面
. 7分
(2)∵,
∴. 8分
∵底面是矩形,
. 10分
又,
∴. 12分
∵,
∴平面. 14分
略
在四面体ABCD中,CB=CD,,且E,F分别是AB,BD的中点,
求证:(I)直线;
(II)。
正确答案
(I)证明见解析。
(II)证明见解析。
证明:(I)E,F分别为AB,BD的中点
。
(II),又
,
所以。
设m,n是两条不同的直线,,
,
是三个不同的平面,给出下列命题:
①若,
,则
;
②若,
,则
;
③若,
,则
;
④若,
,
,则
.
上面命题中,真命题的序号是 (写出所有真命题的序号).
正确答案
②
试题分析:这类问题有一定的难度,它要求我们对空间的线面之间的关系很熟悉,如两平面垂直,其中一个平面内垂直于交线的直线与另一平面垂直,故①错误,∥
,则平面
内一定有直线
与
平行,于是这知直线
必定垂直于平面
,从而有
,故②正确,直棱柱的侧面与底面都是垂直的,但它们之间不一定垂直,故③错误,同样三棱柱的的两个侧面与第三个侧面的交线是平行的,但这两个侧面是相交的,故④错误.
如图,在长方体,中,
,点
在棱AB上移动.
(Ⅰ)证明:;
(Ⅱ)求点到平面
的距离;
(Ⅲ)等于何值时,二面角
的大小为
正确答案
(Ⅰ)见解析;(Ⅱ);(Ⅲ)二面角
的大小为
.
试题分析:(Ⅰ)建立空间直角坐标系,利用向量数量积为零证明即可;(Ⅱ)求出平面的法向量解答;(Ⅲ)设平面
的法向量
,利用空间向量解答即可.
试题解析:
以为坐标原点,直线
分别为
轴,建立空间直角坐标系,设
,
则 2分
(1) 4分
(2)因为为
的中点,则
,从而
, 5分
,设平面
的法向量为
,则
也即
,
得 6分
从而, 7分
所以点到平面
的距离为
8分
(3)设平面的法向量
,∴
由 令
,∴
依题意
∴(不合,舍去),
.∴时,二面角
的大小为
. 12分
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