- 用向量方法解决线线、线面、面面的夹角问题
- 共2973题
如图,在棱长为2的正方体ABCD-A1B1C1D1中,M,N分别是A1A,B1B的中点.
(1)求直线D1N与平面A1ABB1所成角的大小;
(2)求直线CM与D1N所成角的正弦值;
(3)(理科做)求点N到平面D1MB的距离.
正确答案
(1)以DA为x轴,以DC为y轴,以DD1为z轴,建立空间直角坐标系,
∵正方体ABCD-A1B1C1D1的棱长为2,M,N分别是A1A,B1B的中点,
∴D1(0,0,2),N(2,2,1),A(2,0,0),D(0,0,0)
∴=(2,2,-1),
设直线D1N与平面A1ABB1所成角为θ,
∵平面A1ABB1的一个法向量=(2,0,0),
∴sinθ=|cos<,
>|=|
|=
,
∴直线D1N与平面A1ABB1所成角的大小为arcsin.
(2)∵C(0,2,0),M(2,0,1),
∴=(2,-2,1),
设直线CM与D1N所成角的为α,
∵=(2,2,-1),
∴cosθ=|cos<,
>|=|
|=
,
∴sinθ==
.
直线CM与D1N所成角的正弦值为.
(3)∵M(2,0,1),B(2,2,0),D1(0,0,2),N(2,2,1),
∴=(2,0,-1),
=(2,2,-2),
=(2,2,-1),
设平面D1MB的法向量=(x,y,z),
则•
=0,
•
=0,
∴,∴
=(1,1,2),
∴点N到平面D1MB的距离d==
=
.
(理)如图,在矩形ABCD中,AB=3,BC=3,沿对角线BD将△BCD折起,使点C移到点C',且C'在平面ABD的射影O恰好在AB上.
(1)求证:BC'⊥面ADC';
(2)求二面角A-BC'-D的大小;
(3)求直线AB和平面BC'D所成的角.
正确答案
(理)(1)∵DA⊂平面ABD,
AB是BC‘在平面ABD内的射影,
DA⊥AB,
∴DA⊥BC’,BC‘⊥DC’,
∴BC‘⊥平面ADC’.…(4分)
(2)∵BC'⊥平面ADC',
∴,
∴∠DC'A是二面角A-BC'-D的平面角…(6分)
∵BC‘⊥平面ABC’,
∴DA⊥BC‘,DA⊥AB,
∴DA⊥面ABC',
∴DA⊥AC’.…(7分)
在Rt△AC'D中,sin∠DC'A==
=
.
所以,二面角A-BC'-D的大小为arcsin.…(8分)
(3)作AM⊥DC'于M,连接BM,
∵BC‘⊥面ADC’,
∴面ADC‘⊥面BDC’,
∵AM⊥DC‘,
∴AM⊥面BC'D,
∴∠ABM是AB与平面BC'D所成的角,…(10分)
在Rt△DAC'中,AM•DC'=AD•AC',
∴AM==
=
,…(11分)
在Rt△ABM中sin∠ABM==
=
,
所以,AB与平面BC'D所成的角为arcsin.…(12分)
如果平面的一条斜线和它在这个平面上的射影的方向向量分别是=(1,0,1),
=(0,1,1),那么这条斜线与平面所成的角是______.
正确答案
由题意,这条斜线与平面所成的角就是两方向向量的夹角.
∵=(1,0,1),
=(0,1,1),
∴cos<,
>=
=
=
∴<,
>=60°
∴这条斜线与平面所成的角是60°
故答案为:60°
如图,在正三棱柱ABC-A1B1C1中,已知AB=1,D在棱BB1上,且BD=1,若AD与平面AA1CC1所成的角为a,则sina=______.
正确答案
如图所示,过B作BF⊥AC,过B1作B1E⊥A1C1,连接EF,过D作DG⊥EF,连接AG,
在正三棱柱中,有B1E⊥面AA1C1C,BF⊥面AA1C1C,
故DG⊥面AA1C1C,
∴∠DAG=α,可求得DG=BF=,
AD==
,
故sinα==
故答案为.
如图,在三棱柱ABC-A1B1C1中,AC⊥BC,AB⊥BB1,AC=BC=BB1,D为AB的中点,且CD⊥DA1.
(1)求证:BC1∥平面DCA1;
(2)求BC1与平面ABB1A1所成角的大小.
正确答案
证明:(1)如图一,连接AC1与A1C交于点K,连接DK.
在△ABC1中,D、K为中点,∴DK∥BC1、(4分)
又DK⊂平面DCA1,BC1⊄平面DCA1,∴BC1∥平面DCA1、(6分)
图一 图二 图三
(2)证明:(方法一)如图二,∵AC=BC,D为AB的中点,∴CD⊥AB、
又CD⊥DA1,AB∩DA1=D,∴CD⊥平面ABB1A1、(8分)
取A1B1的中点E,又D为AB的中点,∴DE、BB1、CC1平行且相等,
∴DCC1E是平行四边形,∴C1E、CD平行且相等.
又CD⊥平面ABB1A1,∴C1E⊥平面ABB1A1,∴∠EBC1即所求角、(10分)
由前面证明知CD⊥平面ABB1A1,∴CD⊥BB1,
又AB⊥BB1,AB∩CD=D,∴BB1⊥平面ABC,∴此三棱柱为直棱柱.
设AC=BC=BB1=2,∴BC1=2,EC1=
,∠EBC1=30°、(12分)
(方法二)如图三,∵AC=BC,D为AB的中点,∴CD⊥AB、
又CD⊥DA1,AB∩DA1=D,∴CD⊥平面ABB1A1、(8分)
取DA1的中点F,则KF∥CD,∴KF⊥平面ABB1A1.
∴∠KDF即BC1与平面ABB1A1所成的角.(10分)
由前面证明知CD⊥平面ABB1A1,∴CD⊥BB1,
又AB⊥BB1,AB∩CD=D,∴BB1⊥平面ABC,∴此三棱柱为直棱柱.
设AC=BC=BB1=2,∴KF=,DK=
,∴∠KDF=30°、(12分)
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