- 用向量方法解决线线、线面、面面的夹角问题
- 共2973题
如图,已知AB⊥平面ACD,DE⊥平面ACD,△ABC为等边三角形,
AD=DE=2AB,F为CD的中点.
(I)求证:AF∥平面BCE;
(II)求二面角D﹣BC﹣E的正弦值.
正确答案
证明:取CE的中点G,连FG、BG.
∵F为CD的中点,∴GF∥DE且GF=DE
∵AB⊥平面ACD,DE⊥平面ACD,
∴AB∥DE,∴GF∥AB.
又AB=DE,∴GF=AB.
∴四边形GFAB为平行四边形,则AF∥BG.
∴AF平面BCE,BG
平面BCE,
∴AF∥平面BCE.
(II)过E作EM⊥面BCD,垂足为M,过E作EN⊥BC,
则∠ENM为二面角D﹣BC﹣E的平面角
设AB=a,则AD=DE=2a,
所以BC=BD=a,AF=2a,CE=2
a
由(I)BG∥AF,∴BG⊥CD
∵BG⊥DE,CD∩DE=D,
∴BG⊥面CDE
由VB﹣CDE=VE﹣BCD,
可得EM=在△BCE中,
,
∴EN=
设二面角D﹣BC﹣E的平面角θ,
则sinθ=
在直三棱柱ABC﹣A1B1C1中,∠ACB=90°,AC=BC=AA1=1,D、E分别为棱AB、BC的中点,M为棱AA1上的点.
(1)证明:A1B1⊥C1D;
(2)当AM=时,求二面角M﹣DE﹣A的大小.
正确答案
(1)证明:以C为坐标原点建立空间直角坐标系C﹣xyz,则
A1(1,0,1),B1(0,1,1),C1(0,0,1),D(,
,0),
=(﹣1,1,0),
=(
,
,﹣1),
则=0.
所以⊥
=0.
所以A1B1⊥C1D;
(2)解:,
设=(x,y,z)为平面MDE的一个法向量.
则
即,
令y=,则x=0,z=1,
所以=(0,
,1)
又=(0,0,1)为平面DEA的一个法向量,
所以cos<,
>=
=
所以二面角M﹣DE﹣A的大小为.
在四棱锥P-ABCD中,侧面PCD⊥底面ABCD,PD⊥CD,E为PC中点,底面ABCD是直角梯形。AB∥CD,∠ADC=90°,AB=AD=PD=1,CD=2,
(Ⅰ)求证:BE∥平面APD;
(Ⅱ)求证:BC⊥平面PBD;
(Ⅲ)设Q为侧棱PC上一点,,试确定λ的值,使得二面角Q-BD-P为45°。
正确答案
解:(1)取的中点
,连结
,
因为为
中点,
∴,且
,
在梯形中,
,
∴,
四边形为平行四边形,
∴平面
,
平面
,
∴平面
。
(2)平面平面
,
,
∴平面
,
∴PD⊥AD,
在直角梯形ABCD中,
∴即
,
又由平面
,
可得,
又,
∴平面
。
(3)如图,以D为原点建立空间直角坐标系
D-xyz,
则,
平面的法向量为
,
∴,
设平面的法向量为
,
,
由,
∴,
∴,
注意,
∴。
如图,四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是∠ADC=60°的菱形,侧面PDC是边长为2的正三角形,且与底面ABCD垂直,M为PB的中点。
(1)求证:PA⊥平面CDM;
(2)求二面角D-MC-B的余弦值。
正确答案
解:由底面ABCD为菱形且∠ADC=60°,DC=2,DO=1,有OA⊥DC,分别以OA、OC、OP所在直线为x、y、z轴,建立空间直角坐标系如图,
则。
(1) 由M为PB中点,,
∴,
∴
∴PA⊥DM,PA⊥DC,
∴PA⊥平面DMC;
(2),设平面BMC的法向量
,
则由可得x+z=0,由
可得
,
取x=-1则,
所以可取,
由(1)知平面CDM的法向量可取,
∴,
又易知二面角D-MC-B为钝二面角,
∴二面角D-MC-B的余弦值为。
如图,在直四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,底面ABCD为平行四边形,且AD=2,AB=AA1=3,∠BAD=60°,E为AB的中点,
(Ⅰ) 证明:AC1∥平面EB1C;
(Ⅱ)求直线ED1与平面EB1C所成角的正弦值。
正确答案
解:(Ⅰ)连接,
,
因为,
,
所以∥
,
因为面
,
,
所以∥面
。
(Ⅱ)作,
分别令为
轴,
轴,
轴,
建立坐标系如图,
因为,
,
所以,
,
所以,
,
,
,
,
设面的法向量为
,
所以,
,
化简得,
令,则
,
设,
则,
设直线与面
所成角为
,
则,
所以,
则直线与面
所成角的正弦值为
。
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