- 平面的法向量
- 共243题
在等腰梯形ABCD中,AD∥BC,AD=BC,∠ABC=60°,N是BC的中点,将梯形ABCD绕AB旋转90°,得到梯形ABC′D′(如图).
(1)求证:AC⊥平面ABC′;
(2)求证:C′N∥平面ADD′;
(3)求二面角A-C′N-C的余弦值.
正确答案
(1)见解析(2)见解析(3)-
(1)证明 ∵AD=BC,N是BC的中点,∴AD=NC,又AD∥BC,∴四边形ANCD是平行四边形,∴AN=DC,又∠ABC=60°,∴AB=BN=AD,
∴四边形ANCD是菱形,∴∠ACB=∠DCB=30°,
∴∠BAC=90°,即AC⊥AB,又平面C′BA⊥平面ABC,平面C′BA∩平面ABC=AB,∴AC⊥平面ABC′.
(2)证明:∵AD∥BC,AD′∥BC′,AD∩AD′=A,BC∩BC′=B,∴平面ADD′∥平面BCC′,又C′N⊂平面BCC′,∴C′N∥平面ADD′.
(3)解:∵AC⊥平面ABC′,AC′⊥平面ABC.
如图建立空间直角坐标系,
设AB=1,则B(1,0,0),C(0,,0),C′(0,0,
),
N,∴
′=(-1,0,
),
′=(0,-
,
),设平面C′NC的法向量为n=(x,y,z),则
即
取z=1,则x=,y=1,∴n=(
,1,1).
∵AC′⊥平面ABC,∴平面C′AN⊥平面ABC,又BD⊥AN,平面C′AN∩平面ABC=AN,∴BD⊥平面C′AN,BD与AN交于点O,O则为AN的中点,O,∴平面C′AN的法向量
=
.
∴cos〈n,〉=
=
,
由图形可知二面角AC′NC为钝角,
所以二面角AC′NC的余弦值为-
如图,在四棱锥P-ABCD中,PD⊥平面ABCD,底面ABCD是菱形,∠BAD=60°,O为AC与BD的交点,E为PB上任意一点.
(1)证明:平面EAC⊥平面PBD;
(2)若PD∥平面EAC,并且二面角B-AE-C的大小为45°,求PD∶AD的值.
正确答案
(1)见解析(2)∶2
(1)证明 因为PD⊥平面ABCD,∴PD⊥AC,又ABCD是菱形,∴BD⊥AC,又BD∩PD=D,故AC⊥平面PBD,又AC⊂平面EAC.
所以平面EAC⊥平面PBD.
(2)解 连接OE,
因为PD∥平面EAC,所以PD∥OE,所以OE⊥平面ABCD,又O是BD的中点,故此时E为PB的中点,以点O为坐标原点,射线OA,OB,OE所在直线分别为x,y,z轴,建立空间直角坐标系O-xyz.
设OB=m,OE=h,则OA=m,A
,B(0,m,0),E(0,0,h),
=(-
m,m,0),
=(0,-m,h),向量n1=(0,1,0)为平面AEC的一个法向量,设平面ABE的一个法向量n2=(x,y,z)
则n2·=0,且n2·
=0,
即-mx+my=0且-my+hz=0.
取x=1,则y=,z=
,则n2=
,
∴cos 45°=|cos〈n1,n2〉|==
=
,解得
=
,故PD∶AD=2h∶2m=h∶m=
∶2.
如图,四棱锥的底面为矩形,
是四棱锥的高,
与
所成角为
,
是
的中点,
是
上的动点.
(Ⅰ)证明:;
(Ⅱ)若,求直线
与平面
所成角的大小.
正确答案
(Ⅰ) 建立如图所示空间直角坐标系.
设,
则,
,
于是,,
,
则,
所以.………………6分
(Ⅱ)若,则
,
,
设平面的法向量为
,
由,得:
,令
,则
,
于是,而
设与平面
所成角为
,所以
,
所以与平面
所成角
为
.
略
如图,在边长为4的菱形中,
.点
分别在边
上,点
与点
不重合,
.沿
将
翻折到
的位置,使平面
平面
.
(1)求证:平面
;
(2)设点满足
,试探究:当
取得最小值时,直线
与平面
所成角的大小是否一定大于
?并说明理由.
正确答案
(1)证明:∵ 菱形的对角线互相垂直,∴
,∴
,
∵ ,∴
.
∵ 平面⊥平面
,平面
平面
,且
平面
,
∴ 平面
, ∵
平面
,∴
……………4分
(2)如图,以为原点,建立空间直角坐标系
.
设 因为
,所以
为等边三角形,
故,
.又设
,则
,
.
所以,
,
,
故 ,
所以,
当时,
.此时
,………………………………6分
设点的坐标为
,由(1)知,
,则
,
,
,
.所以
,
,
∵, ∴
.
∴,∴
. 10分
设平面的法向量为
,则
.
∵,
,∴
取,解得:
, 所以
.……………………………… 8分
设直线与平面
所成的角
,
∴
.……………………………………………… 10分
又∵∴
. ∵
,∴
.
因此直线与平面
所成的角大于
,即结论成立
略
(本小题满分14分)如图,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是边长为1的正方形,侧棱PA的长为2,且PA与AB、AD的夹角都等于600,是PC的中点,设
.
(1)试用表示出向量
;
(2)求的长.
正确答案
(1)
(2)
(1)∵是PC的中点,∴
(2)
.
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