- 用向量方法解决线线、线面、面面的夹角问题
- 共2973题
(2015•宜昌模拟)如图,在三棱锥P-ABC中,直线PA⊥平面ABC,且∠ABC=90°,又点Q,M,N分别是线段PB,AB,BC的中点,且点K是线段MN上的动点.
(Ⅰ)证明:直线QK∥平面PAC;
(Ⅱ)若PA=AB=BC=8,且二面角Q-AK-M的平面角的余弦值为,试求MK的长度.
正确答案
解:(Ⅰ)连结QM,∵点Q,M,N分别是线段PB,AB,BC的中点
∴QM∥PA 且MN∥AC,从而QM∥平面PAC 且MN∥平面PAC
又∵MN∩QM=M,∴平面QMN∥平面PAC 而QK⊂平面QMN
∴QK∥平面PAC …(7分)
(Ⅱ)方法1:过M作MH⊥AK于H,连QH,则∠QHM即为二面角Q-AK-M的平面
角,设MK=x,且PA=PB=PC=8则,又QM=4,且
,
∴=
,
解得,∴MK的长度为
. …(15分)
方法2:以B为原点,以BC、BA所在直线为x轴y轴建空间直角坐标系,
则A(0,8,0),M(0,4,0),N(4,0,0),P(0,8,8),Q (0,4,4),
设K(a,b,0),则a+b=4,=(0,-4,4),
…(9分)
记,则
,
取y=z=a则x=4+a,
则,…(11分)
又平面AKM的一个法向量,设二面角Q-AK-M的平面角为θ
则|cosθ|=,解得a=1,
∴MK的长度为. …(15分)
解析
解:(Ⅰ)连结QM,∵点Q,M,N分别是线段PB,AB,BC的中点
∴QM∥PA 且MN∥AC,从而QM∥平面PAC 且MN∥平面PAC
又∵MN∩QM=M,∴平面QMN∥平面PAC 而QK⊂平面QMN
∴QK∥平面PAC …(7分)
(Ⅱ)方法1:过M作MH⊥AK于H,连QH,则∠QHM即为二面角Q-AK-M的平面
角,设MK=x,且PA=PB=PC=8则,又QM=4,且
,
∴=
,
解得,∴MK的长度为
. …(15分)
方法2:以B为原点,以BC、BA所在直线为x轴y轴建空间直角坐标系,
则A(0,8,0),M(0,4,0),N(4,0,0),P(0,8,8),Q (0,4,4),
设K(a,b,0),则a+b=4,=(0,-4,4),
…(9分)
记,则
,
取y=z=a则x=4+a,
则,…(11分)
又平面AKM的一个法向量,设二面角Q-AK-M的平面角为θ
则|cosθ|=,解得a=1,
∴MK的长度为. …(15分)
三棱锥P-ABC中,PA=PB=PC=AC=1,△ABC是等腰直角三角形,∠ABC=90°.若E为PC中点,则BE与平面PAC所成的角的大小等于( )
正确答案
解析
解:作PO⊥平面ABC,垂足为O
则∠POA=∠POB=∠POC=90°,
而PA=PB=PC,PO是△POA、△POB、△POC的公共边
∴△POA≌△POB≌△POC
∴AO=BO=CO,则点O为三角形ABC的外心
∵△ABC是等腰直角三角形,∠ABC=90°
∴点O为AC的中点,则BO⊥AC
而PO⊥BO,PO∩AC=O
∴BO⊥平面PAC,连接OE
∴∠BEO为BE与平面PAC所成的角
∵点O为AC的中点,E为PC中点,PA=PB=PC=AC=1,ABC是等腰直角三角形,∠ABC=90°
∴OE为中位线,且OE=,BO=
又∵∠BOE=90°
∴∠BEO=45°即BE与平面PAC所成的角的大小为45°
故选B.
正六棱锥底面边长为a,体积为a3,则侧棱与底面所成的角为( )
正确答案
解析
解:∵正六棱锥的底面边长为a,
∴S底面积=6•=
∵体积为a3,
∴棱锥的高h=a
∴侧棱长为a
∴侧棱与底面所成的角为45°
故选B.
如图,在直三棱柱ABC-A1B1C1中,已知AB=AC,F为BB1上一点,BF=BC=2,FB1=1,D为BC中点,E为线段AD上不同于点A、D的任意一点.
(Ⅰ)证明:EF⊥FC1;
(Ⅱ)若AB=,求DF与平面FA1C1所成的角.
正确答案
解:(1)AB=AC,D为BC的中点∴AD⊥BC
∵BB1⊥平面ABC∴BB1⊥AD
∴AD⊥平面B1BCC1∴AD⊥FC1
∵BC=BF=2∴DB=1,又 FB1=1
∴Rt△DBF∽Rt△FB1C1∴,
∴C1F⊥FD∵FD∩AD=D
∴C1F⊥平面DEF∴C1F⊥EF
(2)设点D到FA1C1的距离为h
由(1)知C1F⊥FD
用等体积法可知
∴∴
设DF与平面FA1C1所成的角为θ
则=
∴DF与平面FA1C1所成的角
解析
解:(1)AB=AC,D为BC的中点∴AD⊥BC
∵BB1⊥平面ABC∴BB1⊥AD
∴AD⊥平面B1BCC1∴AD⊥FC1
∵BC=BF=2∴DB=1,又 FB1=1
∴Rt△DBF∽Rt△FB1C1∴,
∴C1F⊥FD∵FD∩AD=D
∴C1F⊥平面DEF∴C1F⊥EF
(2)设点D到FA1C1的距离为h
由(1)知C1F⊥FD
用等体积法可知
∴∴
设DF与平面FA1C1所成的角为θ
则=
∴DF与平面FA1C1所成的角
过正方形ABCD的顶点A,引PA⊥平面ABCD,若PA=AB,则平面ABP和平面CDP所成的二面角的大小是( )
正确答案
解析
解:我们构造正方体ABCD-PQRS如下图示:
∴面PQCD与面PQBA所成二面角就是平面ABP与平面CDP所成二面角
PA⊥平面ABCD,所以PA⊥AB
PQ∥AB,所以PA⊥PQ
PQ∥CD,所以PD⊥PQ
所以∠APD就是面PECD与面PEBA所成二面角
由于构造的几何体是一个正方体,易得∠APD=45°
故选B
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