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题型:简答题
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简答题

如图,正方体ABCD-A1B1C1D1的棱长为1.

(1)求A1C与DB所成角的大小;

(2)求二面角D-A1B-C的余弦值;

(3)若点E在A1B上,且EB=1,求EC与平面ABCD所成角的大小.

正确答案

解:(1)如图建立空间直角坐标系C-xyz,

则C(0,0,0),D(1,0,0),B(0,1,0),A1(1,1,1).

∴A1C与DB所成角的大小为90°.

(2)设平面A1BD的法向量=(x,y,z),

可得,∴=(1,1,-1).

同理可求得平面A1BC的一个法向量=(1,0,-1),

∴cos<>=

∴二面角D-A1B-C的余弦值为

(3)设=(0,0,1)是平面ABCD的一个法向量,且

∴cos<=

∴<=60°,

∴EC与平面ABCD所成的角是30°.

解析

解:(1)如图建立空间直角坐标系C-xyz,

则C(0,0,0),D(1,0,0),B(0,1,0),A1(1,1,1).

∴A1C与DB所成角的大小为90°.

(2)设平面A1BD的法向量=(x,y,z),

可得,∴=(1,1,-1).

同理可求得平面A1BC的一个法向量=(1,0,-1),

∴cos<>=

∴二面角D-A1B-C的余弦值为

(3)设=(0,0,1)是平面ABCD的一个法向量,且

∴cos<=

∴<=60°,

∴EC与平面ABCD所成的角是30°.

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简答题

如图所示,在三棱锥P-ABC中,PA⊥平面ABC,PA=1,AB⊥AC,AB=AC=2,E为AC的中点.

(1)求异面直线BE与PC所成角的余弦值;

(2)求二面角P-BE-C的平面角的余弦值.

正确答案

解:(1)以A为原点,AB,AC,AP分别为x,y,z轴建立空间直角坐标系,则有

∴异面直线BE与PC所成角的余弦值为

(2)设平面BPE的法向量,则有

∵平面ABE的一个法向量为

∵二面角P-BE-C的平面角为钝二面角;

∴二面角P-BE-C的平面角的余弦值为

解析

解:(1)以A为原点,AB,AC,AP分别为x,y,z轴建立空间直角坐标系,则有

∴异面直线BE与PC所成角的余弦值为

(2)设平面BPE的法向量,则有

∵平面ABE的一个法向量为

∵二面角P-BE-C的平面角为钝二面角;

∴二面角P-BE-C的平面角的余弦值为

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简答题

已知四棱锥P-ABCD的底面为直角梯形,AB∥DC,∠DAB=90°,PA⊥底面ABCD,且PA=AD=DC=AB=1,M是PB的中点.

(Ⅰ)证明:面PAD⊥面PCD;

(Ⅱ)求AC与PB的夹角的余弦值;

(Ⅲ)求面AMC与面BMC夹角的余弦值.

正确答案

解:以A为坐标原点AD长为单位长度,如图建立空间直角坐标系,则各点坐标为

(Ⅰ)证明:因

所以,所以AP⊥DC.

由题设知AD⊥DC,且AP与AD是平面PAD内的两条相交直线,

由此得DC⊥面PAD.

又DC在面PCD上,故面PAD⊥面PCD.

(Ⅱ)解:因

所以cos==

(Ⅲ)解:在MC上取一点N(x,y,z),则存在使

=(1-x,1-y,y-z),=(1,0,-),

∴x=1-λ,y=1,z=

要使AN⊥MC,只需,即x-z=0,解得

可知当时,N点的坐标(),能使

此时

得AN⊥MC,BN⊥MC,

所以∠ANM为所求二面角的平面角.

∴cos==

所以所求面AMC与面BMC夹角的余弦值为

解析

解:以A为坐标原点AD长为单位长度,如图建立空间直角坐标系,则各点坐标为

(Ⅰ)证明:因

所以,所以AP⊥DC.

由题设知AD⊥DC,且AP与AD是平面PAD内的两条相交直线,

由此得DC⊥面PAD.

又DC在面PCD上,故面PAD⊥面PCD.

(Ⅱ)解:因

所以cos==

(Ⅲ)解:在MC上取一点N(x,y,z),则存在使

=(1-x,1-y,y-z),=(1,0,-),

∴x=1-λ,y=1,z=

要使AN⊥MC,只需,即x-z=0,解得

可知当时,N点的坐标(),能使

此时

得AN⊥MC,BN⊥MC,

所以∠ANM为所求二面角的平面角.

∴cos==

所以所求面AMC与面BMC夹角的余弦值为

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简答题

如图所示,在△ABC中,AC=1,AB=3,∠ACB=,P为AB的中点且△ABC与矩形BCDE所在的平面互相垂直,CD=2.

(1)求证:AD∥平面PCE;

(2)求二面角A-CE-P的余弦值.

正确答案

(1)证明:设BD∩CE=Q,连接PQ.

在△ABD中,BQ=QD,BP=PA,∴AD∥PQ.

又∵PQ⊂平面PCE,AD⊄平面PCE,

∴AD∥平面PCE;

(2)解:由题意CA,CB,CD两两垂直,建立如图所示的空间直角坐标系,

则C(0,0,0),A(1,0,0),E,P

设平面CAE的法向量为=(x,y,z).

,令z=,则y=-1,x=0.∴

设平面PCE的法向量为,同理由,解得

===.由图可知:二面角A-CE-P的平面角是锐角,

∴其余弦值=

解析

(1)证明:设BD∩CE=Q,连接PQ.

在△ABD中,BQ=QD,BP=PA,∴AD∥PQ.

又∵PQ⊂平面PCE,AD⊄平面PCE,

∴AD∥平面PCE;

(2)解:由题意CA,CB,CD两两垂直,建立如图所示的空间直角坐标系,

则C(0,0,0),A(1,0,0),E,P

设平面CAE的法向量为=(x,y,z).

,令z=,则y=-1,x=0.∴

设平面PCE的法向量为,同理由,解得

===.由图可知:二面角A-CE-P的平面角是锐角,

∴其余弦值=

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简答题

如图,在四面体P-ABC中,PA⊥平面ABC,AB⊥BC,PA=2,AC=2.AB=.D为PA的中点,M为CD的中点,N为PB上一点,且PN=3BN.

(Ⅰ)求证:MN⊥PA;

(Ⅱ)求二面角B-CD-A的大小.

正确答案

(Ⅰ)证明:过A在平面ABC内做AX⊥AC,由PA⊥平面ABC,故可建立如图所示的坐标系,则

A(0,0,0),B(),C(0,2,0),P(0,0,2),D(0,0,1)

∵M为CD的中点,

∴M(0,,0.5),

∵N为PB上一点,且PN=3BN,

∴N(,0.5),

=(0,0,-2),

=0,

∴MN⊥PA;

(Ⅱ)解:沿x轴方向取AF=1,则=(1,0,0),∴为平面ADC的一个法向量.

设平面BCD的法向量为=(x,y,1),

=(0,-2,1),=(-,0)

∴取=(,1),

∴cos<>===

∴二面角B-CD-A的大小为

解析

(Ⅰ)证明:过A在平面ABC内做AX⊥AC,由PA⊥平面ABC,故可建立如图所示的坐标系,则

A(0,0,0),B(),C(0,2,0),P(0,0,2),D(0,0,1)

∵M为CD的中点,

∴M(0,,0.5),

∵N为PB上一点,且PN=3BN,

∴N(,0.5),

=(0,0,-2),

=0,

∴MN⊥PA;

(Ⅱ)解:沿x轴方向取AF=1,则=(1,0,0),∴为平面ADC的一个法向量.

设平面BCD的法向量为=(x,y,1),

=(0,-2,1),=(-,0)

∴取=(,1),

∴cos<>===

∴二面角B-CD-A的大小为

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百度题库 > 高考 > 数学 > 用向量方法解决线线、线面、面面的夹角问题

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