- 用向量方法解决线线、线面、面面的夹角问题
- 共2973题
如图所示,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是矩形,侧棱PD⊥底面ABCD,PD=DC,E是PC的中点,作EF⊥PB交PB于点F.
(1)证明:PB⊥平面DEF;
(2)若AD=2DC,求直线BE与平面PAD所成角的正弦值.
正确答案
(1)证明:∵PD⊥底面ABCD,且DC⊂底面ABCD,∴PD⊥BC.
∵底面ABCD是正方形,∴DC⊥BC,
∴BC⊥平面PDC.∵DE⊂平面PDC,∴BC⊥DE.
又∵PD=DC,E是PC的中点,∴DE⊥PC.∴DE⊥平面PBC.
∵PB⊂平面PBC,∴DE⊥PB.又∵EF⊥PB,且DE∩EF=E,
∴PB⊥平面EFD…(8分)
(2)解:取AB中点G,PD中点H,连接EH,HG,连接AH.
∵E是PC中点,
∴,
∴EBGH为平行四边形,…(9分)
∵PD⊥平面ABCD,
∴平面PAD⊥平面ABCD,
∴AB⊥平面PAD连接AH,…(10分)
∴∠GHA为所求直线BE与平面PAD所成的角.…(13分)
∵AD=2DC,
∴在Rt△ADH中,AH=DC …(14分)
∴在Rt△AGH中,AG=CD,
∴sin∠GHA==
.…(15分)
解析
(1)证明:∵PD⊥底面ABCD,且DC⊂底面ABCD,∴PD⊥BC.
∵底面ABCD是正方形,∴DC⊥BC,
∴BC⊥平面PDC.∵DE⊂平面PDC,∴BC⊥DE.
又∵PD=DC,E是PC的中点,∴DE⊥PC.∴DE⊥平面PBC.
∵PB⊂平面PBC,∴DE⊥PB.又∵EF⊥PB,且DE∩EF=E,
∴PB⊥平面EFD…(8分)
(2)解:取AB中点G,PD中点H,连接EH,HG,连接AH.
∵E是PC中点,
∴,
∴EBGH为平行四边形,…(9分)
∵PD⊥平面ABCD,
∴平面PAD⊥平面ABCD,
∴AB⊥平面PAD连接AH,…(10分)
∴∠GHA为所求直线BE与平面PAD所成的角.…(13分)
∵AD=2DC,
∴在Rt△ADH中,AH=DC …(14分)
∴在Rt△AGH中,AG=CD,
∴sin∠GHA==
.…(15分)
已知一平面与正方体的12条棱的夹角均为θ,那么sinθ=______.
正确答案
解析
解:因为棱A1A,A1B1,A1D1与平面AB1D1所成的角相等,所以平面AB1D1就是与正方体的12条棱的夹角均为θ的平面.设棱长为:1,易知sinθ==
故答案为:
如图,正三棱柱ABC-A1B1C1的底面边长为a,侧棱长为
.
(1)建立适当的坐标系,并写出点A,B,A1,C1的坐标;
(2)求AC1与侧面ABB1A1所成的角.
正确答案
解:①如图,以点A为坐标原点O,以AB所成直线为Oy轴,
以AA1所在直线为Oz轴,以经过原点且与平面ABB1A1垂直的直线为Ox轴,建立空间直角坐标系.
由已知得A(0,0,0),B(0,a,0),,
.
②坐标系如上,取A1B1的中点M,于是有,
连AM,MC1有=
,
且=(0,a,0),
=
,
由•
=0,
•
=0,
所以,MC1⊥面ABB1A1,
∴AC1与AM所成的角就是AC1与侧面ABB1A1所成的角.
∵=
,
=
,
∴•
=
,
=
=
,
=
,
∴=
,
所以,与
所成的角,即AC1与侧面ABB1A1所成的角为30°.
解析
解:①如图,以点A为坐标原点O,以AB所成直线为Oy轴,
以AA1所在直线为Oz轴,以经过原点且与平面ABB1A1垂直的直线为Ox轴,建立空间直角坐标系.
由已知得A(0,0,0),B(0,a,0),,
.
②坐标系如上,取A1B1的中点M,于是有,
连AM,MC1有=
,
且=(0,a,0),
=
,
由•
=0,
•
=0,
所以,MC1⊥面ABB1A1,
∴AC1与AM所成的角就是AC1与侧面ABB1A1所成的角.
∵=
,
=
,
∴•
=
,
=
=
,
=
,
∴=
,
所以,与
所成的角,即AC1与侧面ABB1A1所成的角为30°.
在三棱柱ABC-A1B1C1中,侧棱CC1⊥底面ABC,∠ACB=90°,且AC=BC=CC1,O为AB1中点.
(1)求证:CO⊥平面ABC1;
(2)求直线BC与平面ABC1所成角的正弦值.
正确答案
(1)证明:如图,
取AB中点M,连结CM、OM,
∵AC=BC,∴CM⊥AB,
又∵OM∥BB1,∴OM⊥AB,
OM∩CM=M,OM,CM⊂平面OCM,
∴AB⊥平面OCM,∴AB⊥CO,
连结A1C,∵BC⊥AC,BC⊥CC1,
∴BC⊥平面A1ACC1,且AC1⊂平面A1ACC1,
∴BC⊥AC1,
又∵A1C⊥AC1,且A1C∩BC=C,A1C,BC⊂平面A1BC,
∴AC1⊥平面A1BC,CO⊂平面A1BC,∴CO⊥AC1,
AB∩AC1=A,又∵AB,AC1⊂平面ABC1,
∴CO⊥平面ABC1;
(2)解:连结MC1交CO于N,连结BN,
∵CO⊥面ABC1,∴∠CBN为BC与平面ABC1所成的角,
令AC=BC=CC1=a,
在Rt△C1CM中,C1C=a,CM=a,
∴MC1=a,
∵CN⊥MC1,∴CN•MC1=CM•CC1,∴CN==
a,
∵CB=a,∴Rt△CBN中,sin∠CBN==
=
,
∴直线BC与平面ABC1所成角的正弦值为.
解析
(1)证明:如图,
取AB中点M,连结CM、OM,
∵AC=BC,∴CM⊥AB,
又∵OM∥BB1,∴OM⊥AB,
OM∩CM=M,OM,CM⊂平面OCM,
∴AB⊥平面OCM,∴AB⊥CO,
连结A1C,∵BC⊥AC,BC⊥CC1,
∴BC⊥平面A1ACC1,且AC1⊂平面A1ACC1,
∴BC⊥AC1,
又∵A1C⊥AC1,且A1C∩BC=C,A1C,BC⊂平面A1BC,
∴AC1⊥平面A1BC,CO⊂平面A1BC,∴CO⊥AC1,
AB∩AC1=A,又∵AB,AC1⊂平面ABC1,
∴CO⊥平面ABC1;
(2)解:连结MC1交CO于N,连结BN,
∵CO⊥面ABC1,∴∠CBN为BC与平面ABC1所成的角,
令AC=BC=CC1=a,
在Rt△C1CM中,C1C=a,CM=a,
∴MC1=a,
∵CN⊥MC1,∴CN•MC1=CM•CC1,∴CN==
a,
∵CB=a,∴Rt△CBN中,sin∠CBN==
=
,
∴直线BC与平面ABC1所成角的正弦值为.
如图,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,E、F分别为棱D1D和B1C1的中点,
(1)求证:BD1∥平面EAC;
(2)求证:平面EAC⊥平面BB1D1D;
(3)求直线BF与平面BB1D1D所成角的正弦值.
正确答案
解:(1)连接BD交AC于O,连接EO,
∵E、O分别为D1D、BD的中点,
∴EO∥D1B,
又EO⊂平面EAC,D1B⊄平面EAC,
∴D1B∥平面EAC.
(2)∵ABCD-A1B1C1D1为正方体,
∴B1B⊥平面ABCD,AC⊂平面ABCD,∴B1B⊥AC,
又∵在正方形ABCD中,BD⊥AC,
∴AC⊥平面BB1D1D.
又AC⊂平面EAC
∴平面EAC⊥BB1D1D.
(3)∵ABCD-A1B1C1D1为正方体,∴BB1⊥平面A1B1C1D1
∴平面A1B1C1D1⊥平面BB1D1D,
平面A1B1C1D1∩平面BB1D1D=B1D1,
作FG⊥B1D1于G,∴FG⊥平面BB1D1D,
连接BG,∴BG是BF在平面BB1D1D上的射影,
∴∠FBG是直线BF与平面BB1D1D所成角.
设正方体棱长为a,在Rt△FGB1中,,
在Rt△BB1F中,,所以
即直线BF与平面BB1D1D所成角的正弦值为.
解析
解:(1)连接BD交AC于O,连接EO,
∵E、O分别为D1D、BD的中点,
∴EO∥D1B,
又EO⊂平面EAC,D1B⊄平面EAC,
∴D1B∥平面EAC.
(2)∵ABCD-A1B1C1D1为正方体,
∴B1B⊥平面ABCD,AC⊂平面ABCD,∴B1B⊥AC,
又∵在正方形ABCD中,BD⊥AC,
∴AC⊥平面BB1D1D.
又AC⊂平面EAC
∴平面EAC⊥BB1D1D.
(3)∵ABCD-A1B1C1D1为正方体,∴BB1⊥平面A1B1C1D1
∴平面A1B1C1D1⊥平面BB1D1D,
平面A1B1C1D1∩平面BB1D1D=B1D1,
作FG⊥B1D1于G,∴FG⊥平面BB1D1D,
连接BG,∴BG是BF在平面BB1D1D上的射影,
∴∠FBG是直线BF与平面BB1D1D所成角.
设正方体棱长为a,在Rt△FGB1中,,
在Rt△BB1F中,,所以
即直线BF与平面BB1D1D所成角的正弦值为.
扫码查看完整答案与解析