- 用向量方法解决线线、线面、面面的夹角问题
- 共2973题
已知斜三棱柱ABC-A1B1C1的底面是直角三角形,∠ACB=90°,侧棱与底面所成角为θ,点B1在底面上的射影D落在BC上,
(1)求证:AC⊥平面BB1C1C;
(2)若,且当AC=BC=AA1=3时,求二面角C-AB-C1的大小。
正确答案
解:(1)∵点在底面上的射影
落在
上,
∴平面
,
平面
,
∴,
又∵,
∴,
,
∴平面
。
(2)以为原点,
为x轴,
为
轴,
过点且垂直于平面
的直线为
轴,
建立空间直角坐标系,
则,
,
,
,
,
显然,平面的法向量
,
设平面的法向量为
,
由,即
,
,
∴,
∴,
∴二面角的大小是45°。
如图,在棱长为2的正方体ABCD-A1B1C1D1中,E、F分别是A1D1和CC1的中点。
(Ⅰ)求证:EF∥平面ACD1;
(Ⅱ)求面EFB和底面ABCD所成角的余弦值大小。
正确答案
解:如图分别以DA、DC、DD1所在的直线为x 轴、y轴、z轴建立空间直角坐标系D-xyz,
由已知得D(0,0,0)、A(2,0,0)、B(2,2,0)、C(0,2,0)、
B1(2,2,2)、D1(0,0,2)、E(1,0,2 )、F(0,2,1),
(1)取AD1中点G,则G(1,0,1),
=(1,-2,1),
又=(-1,2,-1),
由=
,
∴与
共线,
从而EF∥CG,
∵CG平面ACD1,EF
平面ACD1,
∴EF∥平面ACD1。
(2)设面EFB的一个法向量,
由得
,
故可取,
取底面ABCD的一个法向量,
由,
所成的锐二面角余弦值的大小为。
如图,AC是圆O的直径,点B在圆O上,∠BAC=30°,BM⊥AC交AC于点M,EA⊥平面ABC,FC∥EA,AC=4,EA=3,FC=1,
(Ⅰ)证明:EM⊥BF;
(Ⅱ)求平面BEF与平面ABC所成的二面角的余弦值。
正确答案
解:(1)由题意,得,
如图,以A为坐标原点,垂直于AC、AC、AE所在的直线为x,y,z轴,
建立空间直角坐标系,
由已知条件得
,
∴,
由,
得,
∴EM⊥BF。
(2)由(1)知,
设平面BEF的法向量为,
由,
令,
∴,
由已知EA⊥平面ABC,
所以取面ABC的法向量为,
设平面BEF与平面ABC所成的锐二面角为θ,
则,
∴平面BEF与平面ABC所成的锐二面角的余弦值为。
如图,已知△AOB,∠AOB=,∠BAO=
,AB=4,D为线段AB的中点。若△AOC是△AOB绕直线AO旋转而成的,记二面角B-AO-C的大小为θ。
(1)当平面COD⊥平面AOB时,求θ的值;
(2)当θ∈[,
]时,求二面角C-OD-B的余弦值的取值范围.
正确答案
解:(Ⅰ) 如图,以O为原点,在平面OBC内垂直于OB的直线为x轴,
OB,OA所在的直线分别为y轴,z轴,
建立空间直角坐标系O-xyz,
则A (0,0,2),B (0,2,0), D (0,1,
),
C (2sinθ,2cosθ,0),
设=(x,y,z)为平面COD的一个法向量,
由,得
取z=sinθ,则=(cosθ,-sinθ,sinθ).
因为平面AOB的一个法向量为=(1,0,0),
由平面COD⊥平面AOB,得·
=0,
所以cosθ=0,即θ=.
(Ⅱ) 设二面角C-OD-B的大小为α,
由(Ⅰ)得当θ=时,cosα=0;当θ∈(
,
]时,tanθ≤-
,
cosα==
=-
,
故≤cosα<0,
综上,二面角C-OD-B的余弦值的取值范围为[,0].
已知如图几何体,正方形ABCD和矩形ABEF所在平面互相垂直,AF=2AB=2AD,M为AF的中点,BN⊥CE,
(Ⅰ)求证:CF∥平面BDM;
(Ⅱ)求二面角M-BD-N 的大小。
正确答案
(Ⅰ)证明:连结AC交BD于O,连结OM,
因为M为AF的中点,O为AC的中点,
所以FC∥MO,
又因为,
所以FC∥平面MBD;
(Ⅱ)解:因为正方形ABCD和矩形ABEF所在平面互相垂直,
所以,
以A为原点,以AD,AB,AF为x,y,z轴建立空间直角坐标系,
如图取AB=1,
,
设平面BDM的法向量为=(x,y,z),
,解得
;
设平面BDN的法向量为=(x,y,z),
,解得
;
设与
的夹角为θ,
,
所以二面角M-BD-N的大小为90°。
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