- 用向量方法解决线线、线面、面面的夹角问题
- 共2973题
(本小题满分12分)如图,在三棱锥中,
,
,
,平面
平面
。
(Ⅰ)求直线与平面
所成角的大小;
(Ⅱ)求二面角的大小。
正确答案
(1)连接OC。由已知,所成的角
设AB的中点为D,连接PD、CD.
因为AB=BC=CA,所以CDAB.
因为等边三角形,
不妨设PA=2,则OD=1,OP=,AB=4.
所以CD=2,OC=
.
在Rttan
.
故直线PC与平面ABC所成的角的大小为arctan…………………6分
(2)过D作DE于E,连接CE.
由已知可得,CD平面PAB.
根据三垂线定理可知,CE⊥PA,
所以,.
由(1)知,DE=
在Rt△CDE中,tan
故……………………………12分
[点评]本小题主要考查线面关系、直线与平面所成的角、二面角等基础知识,考查思维能力、空间想象能力,并考查应用向量知识解决数学问题的能力.
(本小题12分)如图,四棱锥P-ABCD是底面边长为1的正方形,PD ⊥BC,PD=1,PC=.
(Ⅰ)求证:PD⊥面ABCD;
(Ⅱ)求二面角A-PB-D的大小.
正确答案
(1)略
(2)二面角A-PB-D的大小为60°.
(Ⅰ)证明:,
.……2分
又,……4分
∴ PD⊥面ABCD………6分
(Ⅱ)解:连结BD,设BD交AC于点O,
过O作OE⊥PB于点E,连结AE,
∵PD⊥面ABCD, ∴,
又∵AO⊥BD, ∴AO⊥面PDB.
∴AO⊥PB,
∵,
∴,从而
,
故就是二面角A-PB-D的平面角.……………………8分
∵ PD⊥面ABCD, ∴PD⊥BD,
∴在Rt△PDB中, ,
又∵, ∴
,………………10分
∴
.
故二面角A-PB-D的大小为60°. …………………12分
(也可用向量解)
若正三棱柱的棱长均相等,则
与侧面
所成角的正切值为___.
正确答案
试题分析:设棱长为1.取中点
,连接
,根据正三棱柱的特点,
,根据线面角的定义可知,
为
与侧面
所成角,在
中,
.
设D是△ABC的BC边上一点,把△ACD沿AD折起,使C点所处的新位置C′在平面ABD上的射影H恰好在AB上.
(1)求证:直线C′D与平面ABD和平面AHC′所成的两个角之和不可能超过90°;
(2)若∠BAC=90°,二面角C′—AD—H为60°,求∠BAD的正切值.
正确答案
(2)tanBAD=
(1)证明:连结DH,∵C′H⊥平面ABD,∴∠C′DH为C′D与平面ABD所成
的角且平面C′HA⊥平面ABD,过D作DE⊥AB,垂足为E,则DE⊥平面C′HA.
故∠DC′E为C′D与平面C′HA所成的角
∵sinDC′E=≤
=sinDC′H
∴∠DC′E≤∠DC′H,
∴∠DC′E+∠C′DE≤∠DC′H+∠C′DE=90°
(2)解:作HG⊥AD,垂足为G,连结C′G,
则C′G⊥AD,故∠C′GH是二面角C′—AD—H的平面角
即∠C′GH=60°,计算得tanBAD=
如图,在直三棱柱中,
,.若
为
的中点,求直线
与平面
所成的角.
正确答案
60°
试题分析:因为在直三棱柱中,
,
.若
为
的中点,需求直线
与平面
所成的角.可以建立直角坐标系,通过平面
的法向量与直线
所在的向量的夹角的余弦值即为直线与平面所成角的正弦值.即可得结论.另外也可以通过构建直线所成的角,通过解三角形求得结论.
试题解析:方法一:如图1以为原点,
所在直线为
轴,
所在直线为
轴,
所在直线为
轴建系,则
,则
2分;
设平面A1BC1的一个法向量,
则
,
则,取
,则
6分
设AD与平面A1BC1所成的角为,
则=
10分
则,∴AD与平面A1BC1所成的角为
12分
方法二:由题意知四边形AA1B1B是正方形,故AB1⊥BA1.
由AA1⊥平面A1B1C1得AA1⊥A1C1.
又A1C1⊥A1B1,所以A1C1⊥平面AA1B1B,故A1C1⊥AB1.
从而得 AB1⊥平面A1BC1. 4分
设AB1与A1B相交于点O,则点O是线段AB1的中点.
连接AC1,由题意知△AB1C1是正三角形.
由AD,C1O是△AB1C1的中线知:AD与C1O的交点为重心G,连接OG.
知AB1⊥平面A1BC1,故OG是AD在平面A1BC1上的射影,
于是∠AGO是AD与平面A1BC1所成的角. 6分
在直角△AOG中,AG=AD=
AB1=
AB, AO=
AB,
所以sin∠AGO==
. 10分
故∠AGO=60°,即AD与平面A1BC1所成的角为60°. 12分
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