- 用向量方法解决线线、线面、面面的夹角问题
- 共2973题
在正三角形ABC中,E、F、P分别是AB、AC、BC边上的点,满足AE:EB=CF:FA=CP:PB=1:2(如图1).将△AEF沿EF折起到△A1EF的位置,使二面角A1-EF-B成直二面角,连结A1B、A1P(如图2)
(1)求证:A1E⊥平面BEP
(2)求直线A1E与平面A1BP所成角的大小;
(3)求二面角B-A1P-F的余弦值.
正确答案
(1)证明:不妨设正三角形ABC 的边长为3.
在图1中,取BE的中点D,连结DF.
∵AE:EB=CF:FA=1:2,∴AF=AD=2,而∠A=60度,
∴△ADF是正三角形,又AE=DE=1,∴EF⊥AD.
在图2中,A1E⊥EF,BE⊥EF,∴∠A1EB为二面角A1-EF-B的平面角.
由题设条件知此二面角为直二面角,∴A1E⊥BE.
又BE∩EF=E,∴A1E⊥平面BEF,即A1E⊥平面BEP.
(2)建立分别以EB、EF、EA为x轴、y轴、z轴的空间直角坐标系,
则E(0,0,0),A(0,0,1),
B(2,0,0),F(0,,0),P (1,
,0),则
,
.
设平面ABP的法向量为,
由平面ABP知,
,即
令
,得
,
.
,
,
∴直线A1E与平面A1BP所成的角为60度.
(3),
设平面A1FP的法向量为.
由平面A1FP知,
令y2=1,得,
.
,
所以二面角B-A1P-F的余弦值是.
解析
(1)证明:不妨设正三角形ABC 的边长为3.
在图1中,取BE的中点D,连结DF.
∵AE:EB=CF:FA=1:2,∴AF=AD=2,而∠A=60度,
∴△ADF是正三角形,又AE=DE=1,∴EF⊥AD.
在图2中,A1E⊥EF,BE⊥EF,∴∠A1EB为二面角A1-EF-B的平面角.
由题设条件知此二面角为直二面角,∴A1E⊥BE.
又BE∩EF=E,∴A1E⊥平面BEF,即A1E⊥平面BEP.
(2)建立分别以EB、EF、EA为x轴、y轴、z轴的空间直角坐标系,
则E(0,0,0),A(0,0,1),
B(2,0,0),F(0,,0),P (1,
,0),则
,
.
设平面ABP的法向量为,
由平面ABP知,
,即
令
,得
,
.
,
,
∴直线A1E与平面A1BP所成的角为60度.
(3),
设平面A1FP的法向量为.
由平面A1FP知,
令y2=1,得,
.
,
所以二面角B-A1P-F的余弦值是.
如图,己知平行四边形ABCD中,∠BAD=60°,AB=6,AD=3,G为CD中点,现将梯形ABCG沿着AG折起到AFEG.
(I)求证:平面ABFCE∥平面CGE;
(II)若平面AGEF⊥平面ABCD,求二面B-EF-A的平面角的余弦值.
正确答案
(I)证明:∵AB∥CG,GE∥AF,
∴AF∥平面CGE,AB∥平面CGE
∵AF∩AB=A
∴平面ABFCE∥平面CGE;
(II)解:∠BAD=60°,AB=6,AD=3,G为CD中点
∴BG⊥AG,∴FG⊥AG
∵平面AGEF⊥平面ABCD,FG⊂平面AGEF
∴FG⊥平面ABCD,
∵BG⊂平面ABCD
∴FG⊥BG
∵AG∩FG=G
∴BG⊥平面AGEF
作GH⊥EF交EF于H,连BH,则BH⊥EF
∴∠BHG为二面B-EF-A的平面角
∵BG=3,GH=,∴
∴
∴二面角-EF-A的平面角的余弦值为.
解析
(I)证明:∵AB∥CG,GE∥AF,
∴AF∥平面CGE,AB∥平面CGE
∵AF∩AB=A
∴平面ABFCE∥平面CGE;
(II)解:∠BAD=60°,AB=6,AD=3,G为CD中点
∴BG⊥AG,∴FG⊥AG
∵平面AGEF⊥平面ABCD,FG⊂平面AGEF
∴FG⊥平面ABCD,
∵BG⊂平面ABCD
∴FG⊥BG
∵AG∩FG=G
∴BG⊥平面AGEF
作GH⊥EF交EF于H,连BH,则BH⊥EF
∴∠BHG为二面B-EF-A的平面角
∵BG=3,GH=,∴
∴
∴二面角-EF-A的平面角的余弦值为.
如图,等边△ABC与直角梯形ABDE所在平面垂直,BD∥AE,AE⊥AB,BC=BD=2AE=2,O为AB的中点.
(1)证明:CO⊥DE;
(2)求二面角C-DE-A的余弦值.
正确答案
(1)证明:∵△ABC为等边三角形
∴BC=AC,
∵O为AB中点.所以CO⊥AB,
又因为平面ABC⊥平面ABDE,平面ABC∩平面ABDE=AB,CO⊂平面ABC,
所以CO⊥平面ABDE,
∵DE⊂平面ABDE,
∴CO⊥DE;
(2)解:过C作CF⊥DE,垂足为F,连接OF,则∠CFO为二面角C-DE-A的平面角
在△CDE中,CE=,CD=
,DE=
取CD的中点G,则EG⊥CD,∴
利用等面积可得:
∴
∵
∴
∴
∴二面角C-DE-A的余弦值为
解析
(1)证明:∵△ABC为等边三角形
∴BC=AC,
∵O为AB中点.所以CO⊥AB,
又因为平面ABC⊥平面ABDE,平面ABC∩平面ABDE=AB,CO⊂平面ABC,
所以CO⊥平面ABDE,
∵DE⊂平面ABDE,
∴CO⊥DE;
(2)解:过C作CF⊥DE,垂足为F,连接OF,则∠CFO为二面角C-DE-A的平面角
在△CDE中,CE=,CD=
,DE=
取CD的中点G,则EG⊥CD,∴
利用等面积可得:
∴
∵
∴
∴
∴二面角C-DE-A的余弦值为
已知三棱锥A-BCD中,∠BCD=90°,BC=CD=1,AB⊥面BCD,∠ADB=60°,点E、F分别在AC、AD上,使面BEF⊥ACD,且EF∥CD,则平面BEF与平面BCD所成的二面角的正弦值为( )
正确答案
解析
解:由题意,∵AB⊥面BCD,CD⊂面BCD,
∴AB⊥CD
∵∠BCD=90°
∴CD⊥BC
∵AB∩BC=B
∴CD⊥面ABC
∵BE⊂面ABC
∴CD⊥BE
∵EF∥CD
∴BE⊥EF
∵面BEF⊥面ACD,面BEF∩面ACD=EF
∴BE⊥面ACD
∵AC⊂面ACD
∴BE⊥AC
∵EF∥CD,EF⊂面BEF,EF⊄面BCD
∴EF∥面BCD
设面BEF∩面BCD=l
∴EF∥l
∴∠EBC为平面BEF与平面BCD所成的二面角
∵∠BCD=90°,BC=CD=1
∴
∵AB⊥面BCD,∠ADB=60°
∴
在△ABC中,BE⊥AC
∴∠EBC=∠BAC
∵
∴
∴
∴平面BEF与平面BCD所成的二面角的正弦值为
故选B.
一个正四棱锥一个侧面面积与一个对角面面积相等,则侧面与底面所成二面角为( )
正确答案
解析
解:设正四棱锥V-ABCD的底面边长为a,高为VO=h,斜高为VE,
如图,∠VEO为侧面与底面所成锐二面角的平面角.
对角面面积S△VAC=×AC×VO=
×
=
侧面面积S△VBC==
,
∵对角面的面积与侧面面积相等,
∴,
化简整理得h=,
tan∠VEO==1,
∴∠VEO=45°,
故选B.
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