- 用向量方法解决线线、线面、面面的夹角问题
- 共2973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),
则,
,
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),
则,
,
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°.
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
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,
故,
,
,
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,
有
.
由,
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,
故,
,
,
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,
有
.
由,
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.
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).
则,令z=
,则y=-1,x=0.∴
.
设平面PCE的法向量为,同理由
,解得
.
又=
=
=
.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).
则,令z=
,则y=-1,x=0.∴
.
设平面PCE的法向量为,同理由
,解得
.
又=
=
=
.由图可知:二面角A-CE-P的平面角是锐角,
∴其余弦值=.
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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