- 用向量方法解决线线、线面、面面的夹角问题
- 共2973题
在四棱锥P—ABCD中,底面ABCD是一直角梯形,,
与底面成30°角。
(1)若为垂足,求证:
;
(2)在(1)的条件下,求异面直线AE与CD所成角的余弦值;
(3)求平面PAB与平面PCD所成的锐二面角的正切值。
正确答案
(1)如图建立空间直角坐标系,
……3分
(2)
∴异面直线AE与CD所成角的余弦值为. ……8分
(3)易知,则
的法向量。
,
∴平面PAB与平面PCD所成二面角的正切值为2。
略
梯形中,
,
,
,如图①;现将其沿
折成如图②的几何体,使得
.
(Ⅰ)求直线与平面
所成角的大小;(Ⅱ)求二面角
的余弦值.
正确答案
解:(Ⅰ)由题意,,
.在
中,∵
,∴
,
∴两两垂直,分别以
所在直线为
轴、
轴、
轴建立空间直角坐标系
(如图).
设平面的法向量为
,
,
,
,取
设直线与平面
成的角为
,
则
直线与平面
成的角为
(Ⅱ)设平面的法向量为
,
令
由(Ⅰ)知平面的法向量为令
.
由图知二面角为锐角,
∴二面角大小的余弦值为
.
略
如图,O是正方形ABCD的中心,PO底面ABCD,E是PC的中点。
求证:(Ⅰ)PA∥平面BDE;
(Ⅱ)平面PAC平面BDE。
正确答案
证明:(Ⅰ)连结EO,
在△PAC中,∵O是AC的中点,E是PC的中点,
∴OE∥AP
又∵OE平面BDE,
PA平面BDE,
∴PA∥平面BDE
(Ⅱ)∵PO底面ABCD,
∴POBD
又∵ACBD,且AC
PO=O,
∴BD平面PAC.
而BD平面BDE,
∴平面PAC
平面BDE。
略
如图,四棱锥中,侧面
是边长为2的正三角形,且与底面垂直,底面
是
的菱形,
为
的中点.
(Ⅰ) 求证:平面
;
(Ⅱ) 求二面角的余弦值.
正确答案
(1)证明见解析(2) -
(Ⅰ)由底面ABCD为菱形且∠ADC=60°,DC=2,DO=1,有OA⊥DC.
建立空间直角坐标系如图,则,
.
由M为PB中点,∴.
∴
.
∴,
.
∴PA⊥DM,PA⊥DC. ∴PA⊥平面DMC.
(Ⅱ)).令平面BMC的法向量
,
则,从而x+z=0; ……①,
,从而
. ……②
由①、②,取x=−1,则. ∴可取
.
由(II)知平面CDM的法向量可取,
∴. ∴所求二面角的余弦值为-
.
如图1所示,在边长为
的正方形
中,
,且
,
,
分别交
于点
,将该正方形沿
、
折叠,使得
与
重合,构成如图2所示的三棱柱
中
(Ⅰ)求证:;
(Ⅱ)在底边上有一点
,
,
求证:面
(III)求直线与平面
所成角的正弦值.
正确答案
(Ⅰ)略,(Ⅱ)略,(Ⅲ)直线与平面
所成角的正弦值为
(Ⅰ)证明:因为,
,
所以,从而
,即
.………………………2分
又因为,而
,
所以平面
,又
平面
所以;………………4分
(Ⅱ)解:过作
交
于
,连接
,
因为……………6分
四边形
为平行四边形
,所以
平面
…………………………8分
(III)解:由图1知,,分别以
为
轴,
则
………10分
设平面的法向量为
,
所以得
,
令,则
,
所以直线与平面
所成角的正弦值为
…………………………12分
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