- 平面的法向量
- 共243题
如图,四棱锥中,
是正三角形,四边形
是矩形,且平面
平面
,
,
.
(Ⅰ) 若点是
的中点,求证:
平面
;
(II)若点为线段
的中点,求二面角
的正切值.
正确答案
(Ⅰ)证明:设,
交于点
,连接
,易知
为
的中位线,
故,又
平面
,
平面
,得
平面
.
(Ⅱ)解:过做
交
于
,过
作
交
于
,
由已知可知平面
,
,且
,
过作
交
于
,连接
,由三垂线定理可知:
为所求角
如图,平面
,
,由三垂线定理可知,
在中,斜边
,
,得
,
在中,
,得
,由等面积原理得,B到CE边的高为
则; 在
中,
,则
,
故:
法2建立如图所示的空间直角坐标系,
则,
,
;
,
(I)设平面的法向量为
,
则即
;推出
即
,
平面
。
(II),故
试题分析:建立如图所示的空间直角坐标系,
则,
,
;
,
(I)设平面的法向量为
,
则即
;
即
令,则
;又
,故
即
,而
平面
所以
平面
。
(II)设平面的法向量为
,
,
则即
;
即
令,则
;由题可知平面
的法向量为
故,故
点评:中档题,立体几何题,是高考必考内容,往往涉及垂直关系、平行关系、角、距离、体积的计算。在计算问题中,有“几何法”和“向量法”。利用几何法,要遵循“一作、二证、三计算”的步骤,利用空间向量,省去繁琐的证明,也是解决立体几何问题的一个基本思路。对计算能力要求较高。
如图,四棱锥S﹣ABCD的底面为正方形,SD⊥平面ABCD,SD=AD=2,请建立空间直角坐标系解决下列问题.
(1)求证:;(2)求直线
与平面
所成角的正弦值.
正确答案
(1)详见解析;(2).
试题分析:(1) 建立以为坐标原点,
所在的直线分别为
轴的空间直角坐标系,写出
和
的坐标,计算其数量积即可证明垂直;(2)取平面
的法向量
,利用向量
和
的数量积,计算向量
和
的夹角,转化为线面角.
试题解析:(1)建立以为坐标原点,
所在的直线分别为
轴的空间直角坐标系,
则,
,
,
,
,
,
,
.
(2)取平面ADS的一个法向量为,则
,
所以直线与平面
所成角的正弦值为
.
如图,四边形ABCD中,为正三角形,
,
,AC与BD交于O点.将
沿边AC折起,使D点至P点,已知PO与平面ABCD所成的角为
,且P点在平面ABCD内的射影落在
内.
(Ⅰ)求证:平面PBD;
(Ⅱ)若时,求二面角
的余弦值。
正确答案
(1)取BD中点Q,证得Q与O重合。则面PBD
(2)
试题分析:(1)取BD中点Q,则三点共线,即Q与O重合。
则面PBD
(2)因为AC面PBD,而
面ABCD,所以面ABCD
面PBD,则P点在面ABCD上的射影点在交线BD上(即在射线OD上),所以PO与平面ABCD所成的角
。以O为坐标原点,OA为
轴,OB为
轴建空间直角坐标系。
,因为AC
面PBD,所以面PBD的法向量
,设面PAB的法向量
,又
,由
,得
①,又
,由
,得
②, 在①②中令
,可得
,则
所以二面角的余弦值
点评:典型题,立体几何题,是高考必考内容,往往涉及垂直关系、平行关系、角、距离、体积的计算。在计算问题中,有“几何法”和“向量法”。利用几何法,要遵循“一作、二证、三计算”的步骤,将立体问题转化成平面问题,是解决立体几何问题的一个基本思路。通过就落实党的坐标系,利用空间向量,免去了繁琐的逻辑推理过程,对计算能力要求较高。
已知正方体ABCD-A1B1C1D1中,M、N分别为BB1、C1D1的中点,建立适当的坐标系,求平面AMN的法向量.
正确答案
(-3,2,-4)为平面AMN的一个法向量.
以D为原点,DA、DC、DD1所在直线为坐标轴建立空间直角坐标系.(如图所示).
设棱长为1,则A(1,0,0),M(1,1,),N(0,
,1).
∴=(0,1,
),
=(-1,
,1).
设平面AMN的法向量n=(x,y,z)
∴
令y=2,∴x=-3,z=-4.∴n=(-3,2,-4).
∴(-3,2,-4)为平面AMN的一个法向量.
如图所示,正四面体V—ABC的高VD的中点为O,VC的中点为M.
(1)求证:AO、BO、CO两两垂直;
(2)求〈,
〉.
正确答案
(1)证明略(2)45°
(1) 设=a,
=b,
=c,正四面体的棱长为1,
则=
(a+b+c),
=
(b+c-5a),
=
(a+c-5b),
=
(a+b-5c)
∴·
=
(b+c-5a)·(a+c-5b)
=(18a·b-9|a|2)
=(18×1×1·cos60°-9)=0.
∴⊥
,∴AO⊥BO,
同理⊥
,BO⊥CO,
∴AO、BO、CO两两垂直.
(2) =
+
=-
(a+b+c)+
=(-2a-2b+c).
∴||=
=
,
||=
=
,
·
=
(-2a-2b+c)·
(b+c-5a)=
,
∴cos〈,
〉=
=
,
∵〈,
〉∈(0,
),∴〈
,
〉=45°.
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