- 立体几何中的向量方法
- 共7934题
如图,四棱锥P-ABCD的底面是正方形,PD⊥底面ABCD,点E在棱PB上.
(Ⅰ)求证:平面AEC⊥平面PDB;
(Ⅱ)当PD=AB且E为PB的中点时,求AE与平面PDB所成的角的大小。
正确答案
(Ⅰ)证明:∵四边形ABCD是正方形,
∴AC⊥BD,
∵PD⊥底面ABCD,
∴PD⊥AC,
∴AC⊥平面PDB,
∴平面AEC⊥平面PDB。
(Ⅱ)解:设AC∩BD=D,连结OE,
由(I)知AC⊥平面PDB于O,
∴∠AEO为AE与平面PDB所成的角,
∵O,E分别为DB,PB的中点,
∴OE∥PD,OE=PD,
又∵PD⊥底面ABCD,
∴OE⊥底面ABCD,OE⊥AO,
在Rt△AOE中,,
∴∠AEO=45°,即AE与平面PDB所成的角为45°。
如图,四棱锥P-ABCD的底面是正方形,PD⊥底面ABCD,点E在棱PB上,
(Ⅰ)求证:平面AEC⊥平面PDB:
(Ⅱ)当PD=AB,且为PB的中点时,求AE与平面PDB所成的角的大小。
正确答案
(Ⅰ)证明:∵四边形ABCD是正方彤,
∴AC⊥BD,
∵PD⊥底面ABCD,
∴PD⊥AC,
∴AC⊥平面PDB,
∴平面AEC⊥面PDB。
(Ⅱ)解:设AC∩BD=O,连接OE,由(Ⅰ)知,AC⊥平面PDB于点D,
∴∠AEO为AE与平面PDB所成的角,
∵点O,E分别为DB,PB的中点,
∴OE∥PD,OE=PD,
又PD⊥底面ABCD,
∴OE⊥底面ABCD,OE⊥AO,
在Rt△AOE中,OE=PD=
AB=AO,
∴∠AEO=45°,
即AE与平面PDB所成的角为45°。
如图,l1、l2是互相垂直的异面直线,MN是它们的公垂线段.点A、B在l1上,C在l2上,AM=MB=MN,
(Ⅰ)证明:AC⊥NB;
(Ⅱ)若∠ACB=60°,求NB与平面ABC所成角的余弦值.
正确答案
(I)证明:由已知l2⊥MN,l2⊥l1,MN∩l1=M,
可得l2⊥平面ABN,
由已知MN⊥l1,AM=MB=MN,
可知AN=NB且AN⊥NB,
又AN为AC在平面ABN内的射影,
∴AC⊥NB.
(Ⅱ)解:∵Rt△CNA≌Rt△CNB,
∴AC=BC,
又已知∠ACB=60°,因此△ABC为正三角形,
∵Rt△ANB≌Rt△CNB,
∴NC=NA=NB,
因此N在平面ABC内的射影H是正三角形ABC的中心,
连结BH,∠NBH即为NB与平面ABC所成的角,
在Rt△NHB中,,
∴NB与平面ABC所成角的余弦值为。
如图,正三棱柱ABC-A1B1C1的底面边长为a,侧棱长为a,
(1)建立适当的坐标系,并写出点A、B、A1、C1的坐标;
(2)求AC1与侧面ABB1A1所成的角。
正确答案
解:(1)如图,以点A为坐标原点O,以AB所在直线为Oy轴,
以AA1所在直线为Oz轴,以经过原点且
与平面垂直的直线为Ox轴,
建立空间直角坐标系,
由已知,
得,
。
(2)坐标系如图,取的中点M,
于是有,
连,有
,
且,
由于,
所以,,
∴AC1与AM所成的角就是AC1与侧面所成的角,
,
∴,
而,
,
∴,
所以,AC1与AM所成的角,
即AC1与侧面所成的角为30°。
如图,在三棱锥中V-ABC中,VC⊥底面ABC,AC⊥BC,D是AB的中点,且AC=BC=a,∠VDC=θ。
(1)求证:平面VAB⊥平面VCD;
(2)试确定角θ的值,使得直线BC与平面VAB所成的角为。
正确答案
解:(1)∵
∴是等腰三角形
又D是AB的中点
∴
又VC⊥底面ABC
∴
于是平面
又平面
∴平面平面
。
(2)过点C在平面内作
于H,
则由(1)知平面
连接,于是
就是直线
与平面
所成的角
依题意
所以在中,
在中,
∴
∵
∴
故当时,直线
与平面
所成的角为
。
如图,在三棱锥V-ABC中,VC⊥底面ABC,AC⊥BC,D是AB的中点,且AC=BC=a,∠VDC=θ(0<θ<)。
(1)求证:平面VAB⊥平面VCD;
(2)试确定角θ的值,使得直线BC与平面VAB所成的角为。
正确答案
解:(1)∵,
∴是等腰三角形,
又D是AB的中点,
∴,
又底面
∴
于是平面
又平面
,
∴平面平面
。
(2) 过点C在平面内作
于H,
则由(1)知平面
连接,于是
就是直线
与平面
所成的角
依题意,
所以,在中,
;
在中,
,
∴
∵,
∴
故当时,直线BC与平面VAB所成的角为
。
三棱锥P-ABC中,∠BAC=90°,PA=PB=PC=BC=2AB=2,
(1) 求证:面PBC⊥面ABC;
(2) 求二面角B-AP-C的余弦值.
正确答案
(1)证明:取BC中点O,连接AO,PO,
由已知△BAC为直角三角形,所以可得OA=OB=OC,
又知PA=PB=PC,则△POA≌△POB≌△POC,
∴∠POA=∠POB=∠POC=90°,
∴PO⊥OB,PO⊥OA,OB∩OA=O,
所以PO⊥面BCD,
又PO面ABC,
∴面PBC⊥面ABC。
(2)解:过O作OD与BC垂直,交AC于D点,
如图建立坐标系O-xyz,
则
,
设面PAB的法向量为n1=(x,y,z),
由n1· =0,n1·
=0,可知n1=(1,-
,1);
同理可求得面PAC的法向量为n2=(3,,1),
∴cos(n1,n2)=。
如图,在四棱锥P﹣ABCD中,底面ABCD为矩形,PA⊥AB,PA⊥AD,PA=AD=2AB,E为线段AD上的一点,且.
(I)当BE⊥PC时,求λ的值;
(II)求直线PB与平面PAC所成的角的大小.
正确答案
解:(I)以A为原点,以AB,AD,AP为x轴,y轴,z轴建立空间直角坐标系,
设AB=1,则PA=AD=2,
又设|AE|=y,则:=(1,2,﹣2),
由=0,可得﹣1+2y=0,∴
,
又∵,∴
,∴λ=
(II)由(I)知面PAC的法向量为
又因为
设PB与面PAC所成的角为α,
则:
∵∴PB所求PB与面PAC所成的角的大小为:
已知空间三点A(0,2,3) 、B (-2 ,1 ,6 )、C(1,-1,5).
(1)求以为邻边的平行四边形面积;
(2)若,且a分别与
垂直,求向量a的坐标.
正确答案
解:(1)由题中条件可知=(-2,-1,3),
=(1,-3,2),
∴以为邻边的平行四边形面积
(2)设a=(x,y,z),
由题意得
解得或
∴a=(1,1,1)或a=(-1,-1,-1)。
如图,在四棱台ABCD-A1B1C1D1中,下底ABCD是边长为2的正方形,上底A1B1C1D1是边长为1的正方形,侧棱DD1⊥平面ABCD,DD1=2.
(Ⅰ)求证:B1B∥平面D1AC;
(Ⅱ)求二面角B1-AD1-C的余弦值.
正确答案
以D为原点,以DA、DC、DD1所在直线分别为x轴,z轴建立空间直角坐标系D-xyz如图,
则有A(2,0,0),B(2,2,0),C(0,2,0),A1(1,0,2),
B1(1,1,2),C1(0,1,2),D1(0,0,2).…(3分)
(Ⅰ)证明:设AC∩BD=E,连接D1、E,
则有E(1,1,0),=
=(1,1,-2),
所以B1B∥D1E,
∵BB⊄平面D1AC,D1E⊂平面D1AC,
∴B1B∥平面D1AC;…(6分)
( II)=(1,1,0),
=(2,0,-2),
设=(x,y,z)为平面AB1D1的法向量,
•
=x+y=0,
•
=2x-2z=0.
于是令x=1,则y=-1,z=1.
则=(1,-1,1)…(8分)
同理可以求得平面D1AC的一个法向量=(1,1,1),…(10分)
cos<,
>=
=
.
∴二面角B1-AD1-C的余弦值为.…(12分)
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