- 用向量方法解决线线、线面、面面的夹角问题
- 共2973题
在三棱锥S-ABC中,△ABC是边长为4的正三角形,平面SAC⊥平面ABC,SA=SC=2
,M为AB的中点.
(Ⅰ)证明:AC⊥SB;
(Ⅱ)求二面角S-CM-B的大小;
(Ⅲ)求点B到平面SCM的距离.
正确答案
证明:(Ⅰ)取AC中点D,连接DS、DB.
∵SA=SC,BA=BC,
∴AC⊥SD且AC⊥DB,
∴AC⊥平面SDB,又SB⊂平面SDB,
∴AC⊥SB.
(Ⅱ)解:∵SD⊥AC,平面SAC⊥平面ABC,
∴SD⊥平面ABC.
过D作DE⊥CM于E,连接SE,则SE⊥CM,
∴∠SED为二面角S-CM-A的平面角.
由已知有,所以DE=1,又SA=SC=2
,AC=4,∴SD=2.
在Rt△SDE中,tan∠SED==2,
∴二面角S-CM-A的大小为arctan2,
∴二面角S-CM-B的大小为π-arctan2.
(Ⅲ)解:在Rt△SDE中,SE=,CM是边长为4正△ABC的中线,
.
∴S△SCM=CM•SE=
,
设点B到平面SCM的距离为h,
由VB-SCM=VS-CMB,SD⊥平面ABC,得S△SCM•h=
S△CMB•SD,
∴h=.即点B到平面SCM的距离为
.
解析
证明:(Ⅰ)取AC中点D,连接DS、DB.
∵SA=SC,BA=BC,
∴AC⊥SD且AC⊥DB,
∴AC⊥平面SDB,又SB⊂平面SDB,
∴AC⊥SB.
(Ⅱ)解:∵SD⊥AC,平面SAC⊥平面ABC,
∴SD⊥平面ABC.
过D作DE⊥CM于E,连接SE,则SE⊥CM,
∴∠SED为二面角S-CM-A的平面角.
由已知有,所以DE=1,又SA=SC=2
,AC=4,∴SD=2.
在Rt△SDE中,tan∠SED==2,
∴二面角S-CM-A的大小为arctan2,
∴二面角S-CM-B的大小为π-arctan2.
(Ⅲ)解:在Rt△SDE中,SE=,CM是边长为4正△ABC的中线,
.
∴S△SCM=CM•SE=
,
设点B到平面SCM的距离为h,
由VB-SCM=VS-CMB,SD⊥平面ABC,得S△SCM•h=
S△CMB•SD,
∴h=.即点B到平面SCM的距离为
.
如图所示,在Rt△ABC中,AB=3,BC=4,点E、D分别在边AB、AC上,且ED∥BC,AB⊥BC,沿DE折成直二面角A-ED-B,是否存在点E,使AC⊥DB?若存在,求BE的长;若不存在,请说明理由.
正确答案
解:由题意,AE⊥平面BEDC,
连接EC,交BD于F.
若AC⊥DB,则EC⊥DB.
设BE=x,则=
=
,
∴ED=(3-x),FC=
EC,
∴42=FC•EC=EC2,
∴16(6-x)=3(x2+16),
∴3x2+16x-48=0,
∴x=.
解析
解:由题意,AE⊥平面BEDC,
连接EC,交BD于F.
若AC⊥DB,则EC⊥DB.
设BE=x,则=
=
,
∴ED=(3-x),FC=
EC,
∴42=FC•EC=EC2,
∴16(6-x)=3(x2+16),
∴3x2+16x-48=0,
∴x=.
已知正△ABC的顶点A在平面α内,顶点B,C在平面α的同一侧,D为BC的中点,若△ABC在平面α内的射影是以A为直角顶点的三角形,则直线AD与平面α所成角的正弦值的最小值为______.
正确答案
解析
解:如图所示,不妨设AB=2.则AD=
.
假设一开始正△ABC在平面α内时的位置,则∠BAC=60°.
而当BC∥α时,其B、D、C三点的射影分别为B1,D1,C1时,且∠B1AC1=90°.
∠DAD1为直线AD与平面α所成角且最小.
则,∴
=
.
此时=
.
当BC与平面α部平行时,可以看出:其DD1长度必然增大.
因此直线AD与平面α所成角的正弦值的最小值为.
故答案为.
已知四棱锥P-ABCD的底面是菱形.∠BCD=60°,AB=PB=PD=2,
,AC与BD交于O点,E,H分别为PA,OC的中点.
(Ⅰ)求证:PC∥平面BDE;
(Ⅱ)求证:PH⊥平面ABCD;
(Ⅲ)求直线CE与平面PAB所成角的正弦值.
正确答案
(Ⅰ)证明:因为E,O分别为PA,AC的中点,
所以EO∥PC
又EO⊂平面BDE,PC⊄平面BDE.
所以PC∥平面BDE.
(Ⅱ)证明:连接OP,
因为PB=PD,
所以OP⊥BD.
在菱形ABCD中,BD⊥AC,
又因为OP∩AC=O,所以BD⊥平面PAC.
又PH⊂平面PAC,所以BD⊥PH.
在直角三角形POB中,OB=1,PB=2,所以.
又,H为OC的中点,所以PH⊥OC.
又因为BD∩OC=O
所以PH⊥平面ABCD.
(Ⅲ)解:过点O作OZ∥PH,所以OZ⊥平面ABCD.
如图,以O为原点,OA,OB,OZ所在直线为x,y,z轴,建立空间直角坐标系.
可得,,B(0,1,0),
,
,
.
所以,
,
.
设=(x,y,z)是平面PAB的一个法向量,
则,即
,
令x=1,则..
设直线CE与平面PAB所成的角为θ,
.
所以直线CE与平面PAB所成角的正弦值为.
解析
(Ⅰ)证明:因为E,O分别为PA,AC的中点,
所以EO∥PC
又EO⊂平面BDE,PC⊄平面BDE.
所以PC∥平面BDE.
(Ⅱ)证明:连接OP,
因为PB=PD,
所以OP⊥BD.
在菱形ABCD中,BD⊥AC,
又因为OP∩AC=O,所以BD⊥平面PAC.
又PH⊂平面PAC,所以BD⊥PH.
在直角三角形POB中,OB=1,PB=2,所以.
又,H为OC的中点,所以PH⊥OC.
又因为BD∩OC=O
所以PH⊥平面ABCD.
(Ⅲ)解:过点O作OZ∥PH,所以OZ⊥平面ABCD.
如图,以O为原点,OA,OB,OZ所在直线为x,y,z轴,建立空间直角坐标系.
可得,,B(0,1,0),
,
,
.
所以,
,
.
设=(x,y,z)是平面PAB的一个法向量,
则,即
,
令x=1,则..
设直线CE与平面PAB所成的角为θ,
.
所以直线CE与平面PAB所成角的正弦值为.
如图,在四棱锥S-ABCD中,SD⊥底面ABCD,底面ABCD是矩形,且
,E是SA的中点.
(1)求证:平面BED⊥平面SAB;
(2)求直线SA与平面BED所成角的大小.
正确答案
(1)证明:∵SD⊥平面ABCD,SD⊂平面SAD
∴平面SAD⊥平面ABCD,
∵AB⊥AD,平面SAD∩平面ABCD=AD
∴AB⊥平面SAD,
∵DE⊂平面SAD
∴DE⊥AB.…(3分)
∵SD=AD,E是SA的中点,∴DE⊥SA,
∵AB∩SA=A,∴DE⊥平面SAB
∴平面BED⊥平面SAB.…(6分)
(2)解:
作AF⊥BE,垂足为F.
由(1),平面BED⊥平面SAB,则AF⊥平面BED,所以∠AEF是直线SA与平面BED所成的角.…(8分)
设AD=2a,则AB=a,SA=2
a,AE=
a,△ABE是等腰直角三角形,则AF=a.
在Rt△AFE中,sin∠AEF==
,∴∠AEF=45°
故直线SA与平面BED所成角的大小45°.…(12分)
解析
(1)证明:∵SD⊥平面ABCD,SD⊂平面SAD
∴平面SAD⊥平面ABCD,
∵AB⊥AD,平面SAD∩平面ABCD=AD
∴AB⊥平面SAD,
∵DE⊂平面SAD
∴DE⊥AB.…(3分)
∵SD=AD,E是SA的中点,∴DE⊥SA,
∵AB∩SA=A,∴DE⊥平面SAB
∴平面BED⊥平面SAB.…(6分)
(2)解:
作AF⊥BE,垂足为F.
由(1),平面BED⊥平面SAB,则AF⊥平面BED,所以∠AEF是直线SA与平面BED所成的角.…(8分)
设AD=2a,则AB=a,SA=2
a,AE=
a,△ABE是等腰直角三角形,则AF=a.
在Rt△AFE中,sin∠AEF==
,∴∠AEF=45°
故直线SA与平面BED所成角的大小45°.…(12分)
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