- 立体几何中的向量方法
- 共7934题
空间四边形ABCD中,各边与对角线均相等,则AB与平面BCD成的角是( )
正确答案
解析
解:由题意可得多面体ABCD为正四面体,设点A在平面BCD内的射影为O,则O是等边△BCD的中心,∠ABO为所求.
设正四面体的棱长为1,则OB=×
AB=
.
Rt△AOB中,cos∠ABO==
=
,∴∠ABO=arccos
.
故AB与平面BCD成的角是arccos,
故选A.
已知正方形ABCD沿其对角线AC将△ADC折起,设AD与平面ABC所成的角为β,当β取最大值时,二面角B-AC-D的大小为( )
正确答案
解析
解:β最大为45°,
此时平面ADC⊥平面ABC.
∴此时二面角B-AC-D的大小为90°.
故选B.
在600的二面角α-l-β中,A∈α,B∈β,已知A、B到l的距离分别是2和4,且AB=10,A、B在l的射影分别为C、D.
求:(1)CD的长度;
(2)AB和棱l所成的角.
正确答案
解:(1)过点C作BD的平行线,取CE=BD=4,
∵AC⊥l,而CE⊥l,则∠ACE=60°
根据余弦定理可知cos∠ACE=
解得:AE=
而三角形AEB为直角三角形,则BE=2
即CD=2
(2)∵BE∥l
∴AB和棱l所成的角为∠ABE
在直角三角形AEB中,cos∠ABE=
∴AB和棱l所成的角为arccos.
解析
解:(1)过点C作BD的平行线,取CE=BD=4,
∵AC⊥l,而CE⊥l,则∠ACE=60°
根据余弦定理可知cos∠ACE=
解得:AE=
而三角形AEB为直角三角形,则BE=2
即CD=2
(2)∵BE∥l
∴AB和棱l所成的角为∠ABE
在直角三角形AEB中,cos∠ABE=
∴AB和棱l所成的角为arccos.
如图,△ABC中,∠C=90o,∠A=45o,DC⊥平面ABC,DC=6,G为△ABC的重心M为GD上的一点,∠MCG=45o.
(1)求证AB⊥DG;
(2)求二面角G-MC-B的大小.
正确答案
解:(1)在△ABC中,AC=BC,∠ACB=90o故△ABC为等腰直角三角形
∵G为△ABC的重心,∴AB⊥GC①
又∵DC⊥平面ABC,AB平面ABC∴AB⊥DC②
由①②及DC∩GC=C知AB⊥面DGC,
∵DG⊂面DGC,∴AB⊥DG(6分)
(2)延长CG交AB于点N∵G为△ABC的重心∴N是AB的中点
∵∠ACB=90o∴
连接DN延长CM交DN于点C,由CN=DC=6,∠MCG=45o
知CE⊥DN,则E是DN的中点,连接BE,由AB⊥面DGC,知BE⊥CE
故∠BEN为二面角G-MC-B的平面角(9分)
在Rt△BEN中,BN=6,EN=,∴
∴二面角G-MC-B的大小是(12分)
解析
解:(1)在△ABC中,AC=BC,∠ACB=90o故△ABC为等腰直角三角形
∵G为△ABC的重心,∴AB⊥GC①
又∵DC⊥平面ABC,AB平面ABC∴AB⊥DC②
由①②及DC∩GC=C知AB⊥面DGC,
∵DG⊂面DGC,∴AB⊥DG(6分)
(2)延长CG交AB于点N∵G为△ABC的重心∴N是AB的中点
∵∠ACB=90o∴
连接DN延长CM交DN于点C,由CN=DC=6,∠MCG=45o
知CE⊥DN,则E是DN的中点,连接BE,由AB⊥面DGC,知BE⊥CE
故∠BEN为二面角G-MC-B的平面角(9分)
在Rt△BEN中,BN=6,EN=,∴
∴二面角G-MC-B的大小是(12分)
如图,空间四边形ABCD中,AB⊥CD,DE是AB与CD的公垂线段,且 AE=BE=DE.
(1)证明:AC⊥BD;
(2)若∠ACB=60°,求直线BD与平面ABC所成的角的大小.
正确答案
(1)证明:由已知AB⊥CD,DE⊥CD,AB∩DE=E,
可得CD⊥平面ABD.
又△ABD中,AE=BE=DE,DE⊥AB,
∴AD=BD,AD⊥BD,
又AD为AC在平面ABD内的射影,
∴AC⊥BD;
(2)解:连结CE,作DH⊥CE于H,连结BH.
由AB⊥DE,AB⊥CD知,AB⊥平面CDE,
∴平面ABC⊥平面CDE,
又DH⊥CE,∴DH⊥平面ABC,
故BD与平面ABC所成的角为∠DBH.
∵Rt△CAD≌Rt△CBD,
∴AC=BC,
又∠ACB=60°,
∴△ABC为等边三角形.
记AB=a,则CE=a,DE=
a,BD=
a.
在Rt△CDE中,CD=a,∴DH=
=
a,
故在Rt△BDH中,sin∠DBH=,
故BD与平面ABC所成的角为arcsin.
解析
(1)证明:由已知AB⊥CD,DE⊥CD,AB∩DE=E,
可得CD⊥平面ABD.
又△ABD中,AE=BE=DE,DE⊥AB,
∴AD=BD,AD⊥BD,
又AD为AC在平面ABD内的射影,
∴AC⊥BD;
(2)解:连结CE,作DH⊥CE于H,连结BH.
由AB⊥DE,AB⊥CD知,AB⊥平面CDE,
∴平面ABC⊥平面CDE,
又DH⊥CE,∴DH⊥平面ABC,
故BD与平面ABC所成的角为∠DBH.
∵Rt△CAD≌Rt△CBD,
∴AC=BC,
又∠ACB=60°,
∴△ABC为等边三角形.
记AB=a,则CE=a,DE=
a,BD=
a.
在Rt△CDE中,CD=a,∴DH=
=
a,
故在Rt△BDH中,sin∠DBH=,
故BD与平面ABC所成的角为arcsin.
将边长为a的正方形ABCD沿对角线AC折成一个直二面角,则此时BD的长为______.
正确答案
a
解析
解:AD=DC=AB=BC=a,
取AC的中点E,连接DE,BE,DE=BE=.
∵ABCD是正方形,∴EB⊥AC,ED⊥AC,
∴∠BED为二面角B-AC-D的平面角,∴∠BED=90°
∴.
故答案为a
如图,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,AB=BC=AA1=2,则BC1与平面BB1D1D所成角为 ______.
正确答案
解:以D点为坐标原点,以DA、DC、DD1所在的直线为x轴、y轴、z轴,建立空间直角坐标系,
则A(2,0,0),B(2,2,0),C(0,2,0),C1(0,2,2)
∴=(-2,0,2),
=(-2,2,0),
且为平面BB1D1D的一个法向量.
∴cos<,
>═
.
∴BC1与平面BB1D1D所成角为:30°
故答案为:30°.
解析
解:以D点为坐标原点,以DA、DC、DD1所在的直线为x轴、y轴、z轴,建立空间直角坐标系,
则A(2,0,0),B(2,2,0),C(0,2,0),C1(0,2,2)
∴=(-2,0,2),
=(-2,2,0),
且为平面BB1D1D的一个法向量.
∴cos<,
>═
.
∴BC1与平面BB1D1D所成角为:30°
故答案为:30°.
如图,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是矩形,PA⊥平面ABCD,PA=AD=2,AB=1,BM⊥PD于点M.
(1)求证:AM⊥PD;
(2)求直线BM与平面ABCD所成的角的正弦值.
正确答案
(1)证明:∵PA⊥平面ABCD,AB⊂平面ABCD,∴PA⊥AB.
∵AB⊥AD,AD∩PA=A AD⊂平面PAD,PA⊂平面PAD,
∴AB⊥平面PAD.∵PD⊂平面PAD,∴AB⊥PD.
∵BM⊥PD,AB∩BM=B,AB⊂平面ABM,
BM⊂平面ABM,∴PD⊥平面ABM.
∵AM⊂平面ABM,∴AM⊥PD.
(2)解:由(1)知,AM⊥PD,又PA=AD,
则M是PD的中点,作MN⊥AD,N为垂足,则N为AD的中点,
MN∥PA,MN=PA=1,AD⊥平面ABCD,
∠MBN为直线BM与平面ABCD所成的角.
Rt△MMB中,MN=1 BN==
=
,∴BM=
=
,
∴sin∠MBN==
=
.
解析
(1)证明:∵PA⊥平面ABCD,AB⊂平面ABCD,∴PA⊥AB.
∵AB⊥AD,AD∩PA=A AD⊂平面PAD,PA⊂平面PAD,
∴AB⊥平面PAD.∵PD⊂平面PAD,∴AB⊥PD.
∵BM⊥PD,AB∩BM=B,AB⊂平面ABM,
BM⊂平面ABM,∴PD⊥平面ABM.
∵AM⊂平面ABM,∴AM⊥PD.
(2)解:由(1)知,AM⊥PD,又PA=AD,
则M是PD的中点,作MN⊥AD,N为垂足,则N为AD的中点,
MN∥PA,MN=PA=1,AD⊥平面ABCD,
∠MBN为直线BM与平面ABCD所成的角.
Rt△MMB中,MN=1 BN==
=
,∴BM=
=
,
∴sin∠MBN==
=
.
如图,将椭圆位于y轴右边的半椭圆沿短轴B1B2折起,使二面角A3-B1B2-A1为600,则
=______.
正确答案
2
解析
解:由题意,椭圆的长轴长为2,短轴长为,∴
∵二面角A3-B1B2-A1为60°,A3O=2
∴A3到平面的距离为
∴
故答案为2.
如图,在单位正方体ABCD-A1B1C1D1中,点P在线段AD1上运动,给出以下四个命题:
①异面直线A1P与BC1间的距离为定值;
②三棱锥D-BPC1的体积为定值;
③异面直线C1P与直线CB1所成的角为定值;
④二面角P-BC1-D的大小为定值.
其中真命题有( )
正确答案
解析
解:对于①三棱锥D-BPC1的体积还等于三棱锥的体积P-DBC1的体积,而平面DBC1为固定平面且大小一定,又因为P∈AD1,而AD1∥平面BDC1,所以点A到平面DBC1的距离即为点P到该平面的距离,所以三棱锥的体积为定值,所以①正确;
对于②三棱锥的底面DBC1为定值,因为AD1∥BC1,所以AD1∥平面DBC1,P⊂AD1,所以P到平面DBC1的距离是定值,所以三棱锥D-BPC1的体积为定值;
故②正确;
对于③因为在棱长为1的正方体ABCD-A1B1C1D1中,点P在线段AD1上运动,有正方体及题意易有B1C⊥平面ABC1D1,而C1P⊂平面ABC1D1,所以B1C⊥C1P,故这两个异面直线所成的角为定值90°,故③正确;
对于④因为二面角P-BC1-D的大小,实质为平面ABC1D1与平面BDC1所成的二面角,而这两个平面为固定的不变的平面所以夹角也为定值,故④正确;
故选D.
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