- 用向量方法解决线线、线面、面面的夹角问题
- 共2973题
如图,直角梯形中,
,
,
,
,
,过
作
,垂足为
.
、
分别是
、
的中点.现将
沿
折起,使二面角
的平面角为
.
(1)求证:平面平面
;
(2)求直线与面
所成角的正弦值.
正确答案
(1)详见解析;(2)求直线与面
所成角的正弦值为
.
试题分析:(1)利用折叠前以及
、
在同一平面内,得到在折叠后
,由已知条件
,结合直线与平面垂直的判定定理可以证明
平面
,最终利用平面与平面垂直的判定定理即可证明平面
平面
;(2)解法一是利用空间向量法,即以点
为坐标原点,
、
分别为
轴、
轴建立空间坐标系,将二面角
为
进行适当转化,再利用空间向量法求出直线
与面
所成角的正弦值;解法二是利用到(1)中的结论
平面
,只需作
交
于点
,于是确定直线
与面
所成角为
,借助点
为
的中点从而得到
为中位线,于是确定点
为
的中点,连接
,在直角三角形
中计算出
.
试题解析:(1)证明:DE
AE,CE
AE,
,
AE
平面
, 3分
AE
平面
,
平面
平面
. 5分
(2)(方法一)以E为原点,EA、EC分别为轴,建立空间直角坐标系 6分
DE
AE,CE
AE,
是二面角
的平面角,即
=
, 7分
,
,
,
A(2,0,0),B(2,1,0),C(0,1,0),E(0,0,0),D(0,
,1). 9分
、
分别是
、
的中点,
F
,G
10分
=
,
=
, 11分
由(1)知是平面
的法向量, 12分
设直线与面
所成角
,则
,
故求直线与面
所成角的正弦值为
. 14分(列式1分,计算1分)
(方法二)作,与
相交于
,连接
6分
由(1)知AE平面
,所以
平面
,
是直线
与平面
所成角 7分
是
的中点,
是
的中位线,
,
8分
因为DEAE,CE
AE,所以
是二面角
的平面角,即
=
9分
在中,由余弦定理得,
(或
) 11分(列式1分,计算1分)
平面
,所以
,在
中,
13分
所以直线与面
所成角的正弦值为
14分
正方体-
中,
与平面
所成角的余弦值为_________________.
正确答案
略
(本小题满分12分)
如图,已知点P在正方体ABCD-的对角线
上,
。
(Ⅰ)求DP与所成角的大小;
(Ⅱ)求DP与平面所成角的大小。
正确答案
(Ⅰ)45°
(Ⅱ)30°
:如图,以D为原点,DA为单位长建立空间直角坐标系D-xyz.
则.
连结.在平面
中,延长DP交
于H.
设,由已知
,
由
可得.解得
.
所以.
(I)因为,
所以.
即DP与所成的角为
.
(II)平面的一个法向量是
.
因为,
所以.
可得DP与平面所成的角为
.
(本小题满分12分)
如图,已知直角梯形ACDE所在的平面垂直于平面ABC,∠BAC=∠ACD=90O,∠EAC=600,AB=AC=AE.
(1)在直线BC上是否存在一点P,使得DP∥平面EAB?请证明你的结论;
(2)求平面EBD与平面ABC所成的锐二面角的大小。
正确答案
证明如下:
取的中点
连结
,则
,
,
取的中点
,连结
,
∵且
,
∴△是正三角形,∴
.
∴四边形为矩形,∴
.又∵
,
∴且
,四边形
是平行四边形.
∴,而
平面
,
平面
,∴
平面
6分
(或可以证明面面平行)
(2)(法1)过作
的平行线
,过
作
的垂线交
于
,连结
,
∵,∴
,
是平面
与平面
所成二面角的棱8分
∵平面平面
,
,∴
平面
,
又∵平面
,
∴
平面
,∴
,
∴是所求二面角的平面角. 10分
设,则
,
,
∴,
∴.
12分
(法2)∵,平面
平面
,
∴以点为原点,直线
为
轴,直线
为
轴,
建立空间直角坐标系,则
轴在平面
内(如图).
设,由已知,得
,
,
.
∴,
,…………………8分
设平面的法向量为
,
则且
,
∴∴
解之得
取,得平面
的一个法向量为
.
又∵平面的一个法向量为
.
.
12分
略
正方体ABCD—中,E,F分别为
,AB的中点,则EF与面
所成的角是:
正确答案
30°
略
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