- 用向量方法解决线线、线面、面面的夹角问题
- 共2973题
如图,平面α上定点F到定直线l的距离FA=2,曲线C是平面α上到定点F和到定直线l的距离相等的动点P的轨迹.设FB⊥α,且FB=2.
(1)若曲线C上存在点P0,使得P0B⊥AB,试求直线P0B与平面α所成角θ的大小;
(2)对(1)中P0,求点F到平面ABP0的距离h.
正确答案
(1)(解法一)如图,以线段FA的中点为原点O,以线段FA所在的直线为x轴,建立空间直角坐标系O-xyz.
由题意,曲线C是平面α上以原点O为顶点,由于在xOy平面内,CF(2,0,0)
是以O为顶点,以x轴为对称轴的抛物线,其方程为y2=4x,
因此,可设P(,y,0)A(-1,0,0),B(1,0,2),所以,
=(2,0,2),
=(1-
,-y,2).
由P0B⊥AB,得2(1-)+4=0⇒y=2
,⇒P(3,2
,0)
所以,直线P0B与平面α所成角的大小为arctan(或arcsin
).
(解法二)如图,以点A为原点O,以线段FA所在的直线为x轴,建立空间直角坐标系O-xyz.
所以,A(0,0,0),B(2,0,2),F(2,0,0),并设P(x,y,0),
由题意,
⇒P(3,2
,0)
所以,直线P0B与平面α所成角的大小为arctan(或arcsin
).
(2)(解法一)由(1),得△ABP的面积为S△ABP=2,△AFP的面积为S△AFP=2
,
所以,×2
h=
×2
×2,
解得,h=.
(解法二)=(2,0,2),
=(4,2
,0),设向量
=(x,y,z)
则
所以,平面ABP0的一个法向量=(3,-2
,-3),∴h=
=
.
在三棱柱ABC-A1B1C1中,AB⊥侧面BB1C1C,已知BC=1,∠BCC1=,AB=CC1=2.
(1)求证:C1B⊥平面ABC;
(2)设E是CC1的中点,求AE和平面ABC1所成角正弦值的大小.
正确答案
(1)证明:在△BCC1中,
∵BC=1,CC1=2,∠BCC1=,
∴BC1==
,
∴∠CBC1=90°,∴BC⊥BC1,
∵AB⊥侧面BB1C1C,BC1⊂面BB1C1C,
∴BC1⊥AB,
∵AB∩BC=B,∴BC1⊥平面ABC;
(2)∵AB⊥侧面BB1C1C,AB⊂面ABC1,
∴侧面BB1C1C⊥面ABC1,
过E作BC1的垂线,垂足为F,则EF⊥面ABC1,
连接AF,则∠EAF为所求.
∵BC1⊥BC,BC1⊥EF,
∴BC∥EF,
∵E是CC1的中点,
∴F是BC1的中点,EF=,
∵AE=,
∴sin∠EAF==
,即AE和平面ABC1所成角正弦值为
.
如图,在直三棱柱ABC-A1B1C1中,AC⊥BC,AC=BC=CC1,M为AB的中点.
(1)求证:BC1∥平面MA1C;
(2)求直线BC1与平面AA1B1B所成角的大小.
正确答案
(1)连接AC1,交A1C于O点,连接OM
∵三棱柱ABC-A1B1C1是直三棱柱
∴四边形AA1C1C是矩形,可得AO=OC1
∵M为AB的中点,
∴OM是△A1CB的中位线,可得OM∥BC1,
又∵OM⊂平面MA1C,BC1⊄平面MA1C
∴BC1∥平面MA1C;
(2)根据直三棱柱ABC-A1B1C1中AC⊥BC,可得CA、CB、CC1两两垂直,
因此以C为原点,CA、CC1、CB分别为x、y、z轴建立如图空间直角坐标系
设AC=1,可得C(0,0,0),A(1,0,0),A1(1,1,0),C1(0,1,0),B(0,0,1),
设平面AA1B1B的一个法向量为=(x,y,z),直线BC1与平面AA1B1B所成角是α
∵=(0,1,0),
=(-1,0,1),
∴可得方程组,取x=1,得y=0,z=1
由此可得平面AA1B1B的法向量为=(1,0,1),
∵=(0,1,-1),
∴sinα=|cos<,
>|=|
|=
∵直线BC1与平面AA1B1B所成角α是锐角
∴α=30°,即直线BC1与平面AA1B1B所成角为30°
设A(1,0,0),B(1,0,1),C(0,1,1)D(1,1,1),求直线AD与平面ABC所成的角.
正确答案
∵A(1,0,0),B(1,0,1),C(0,1,1),∴=(0,0,1),
=(-1,1,1).
设平面ABC的法向量为=(x,y,z),则
,即
,
不妨令x=1,则y=1,z=0,∴=(1,1,0).
又=(0,1,1),
设直线AD与平面ABC所成的角为θ,
则sinθ=|cos<,
>|=
=
=
.
∵θ∈[0,],∴θ=
.
因此直线AD与平面ABC所成的角为.
如图,四棱锥S-ABCD中,底面ABCD是边长为4的正方形,O是AC与BD的交点,SO⊥平面ABCD,E是侧棱SC的中点,异面直线SA和BC所成角的大小是60°.
(Ⅰ)求证:直线SA∥平面BDE;
(Ⅱ)求直线BD与平面SBC所成角的正弦值.
正确答案
(I)如图,连接EO,
∵四棱锥S-ABCD中,底面ABCD是边长为4的正方形,O是AC与BD的交点,
∴O是AC的中点,
∵E是侧棱SC的中点,
∴EO是△ASC的中位线,
∴EO∥SA,
∵SA⊂面ASC,EO不包含于面ASC,
∴直线SA∥平面BDE.
(II)过点O作CB的平行线作x轴,过O作AB的平行线作y轴,以OS为z轴,建立如图所示的空间直角坐标系,
∵四棱锥S-ABCD中,底面ABCD是边长为4的正方形,
O是AC与BD的交点,SO⊥平面ABCD,E是侧棱SC的中点,
异面直线SA和BC所成角的大小是60°,
∴SA=4,SO=2,
∴B(2,2,0),C(-2,2,0),S(0,0,2),D(-2,-2,0),
∴=(2,2,-2
),
=(-2,2,-2
),
=(-4,-4,0),
设面SBC的法向量为=(x,y,z),
则•
=0,
•
=0,
∴,
∴=(0,
,1),
设直线BD与平面SBC所成角为θ,
则sinθ=|cos<,
>|=|
|=
.
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