- 用空间向量求平面间的夹角
- 共3题
18.如图,在三棱锥中,为等边三角形,平面为上的动点.
(Ⅰ)若当与平面所成的角最大时,求二面角的正切值;
(Ⅱ)若在平面上的射影为的重心,求三棱锥的外接球的体积.
正确答案
解析
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知识点
如图,四棱锥P-ABCD中,PA⊥底面ABCD,BC=CD=2,AC=4,∠ACB=∠ACD=,F为PC的中点,AF⊥PB。
(1)求PA的长;
(2)求二面角B-AF-D的正弦值。
正确答案
(1) ; (2)
解析
(1)
如图,连接BD交AC于O,因为BC=CD,即△BCD为等腰三角形,又AC平分∠BCD,故AC⊥BD。以O为坐标原点,,,的方向分别为x轴,y轴,z轴的正方向,建立空间直角坐标系O-xyz,则OC=CD=1,而AC=4,得AO=AC-OC=3,又OD=CD=,故A(0,-3,0),B(,0,0),C(0,1,0),D(,0,0)。
因PA⊥底面ABCD,可设P(0,-3,z),由F为PC边中点,F.
又=,=(,3,-z),
因AF⊥PB,故·=0,
即6-=0,(舍去),
所以||=.
(2)由(1)知=(,3,0),=(,3,0),=(0,2,),设平面FAD的法向量为n1=(x1,y1,z1),平面FAB的法向量为n2=(x2,y2,z2),
由n1·=0,n1·=0,得
因此可取n1=(3,,-2)。
由n2·=0,n2·=0,
得故可取n2=(3,,2)。
从而法向量n1,n2的夹角的余弦值为
cos〈n1,n2〉=,
故二面角B-AF-D的正弦值为
知识点
如图,在棱长为1的正方体ABCD-A1B1C1D1中,点E是棱AB上的动点。
(1)求证:DA1⊥ED1 ;
(2)若直线DA1与平面CED1成角为45o,求的值;
正确答案
见解析
解析
以D为坐标原点,建立如图所示的坐标系,则D(0,0,0),A(1,0,0),
B(1,1,0),C(0,1,0),D1(0,1,2),A1(1,0,1),设E(1,m,0)(0≤m≤1)
(1)证明:,
所以DA1⊥ED1. ----------4分
(2)设平面CED1的一个法向量为,则
,而,
所以取z=1,得y=1,x=1-m, 得.
因为直线DA1与平面CED1成角为45o,所以
所以,所以,解得m=.-----12分
知识点
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