- 用向量方法解决线线、线面、面面的夹角问题
- 共2973题
如图,在底面是直角梯形的四棱锥S-ABCD中,∠ABC=90°,SA⊥面ABCD,SA=AB=BC=1,AD=。
(1)求四棱锥S-ABCD的体积;
(2)求证:面SAB⊥面SBC;
(3)求SC与底面ABCD所成角的正切值。
正确答案
解:(1);
(2)∵SA⊥面ABCD,BC面ABCD,
∴SA⊥BC,
又∵AB⊥BC,SA∩AB=A,
∴BC⊥面SAB,
又BC面SBC,
∴面SAB⊥面SBC。
(3)连结AC,则∠SCA就是SC与底面ABCD所成的角,
在三角形SCA中,SA=1,AC=,
∴。
在长方体ABCD-A1B1C1D1中,则下列四个命题:
①P在直线BC1上运动时,三棱锥A-D1PC体积不变;
②P在直线BC1上运动时,直线AP与平面ACD1所成角不变;
③P在直线BC1上运动时,二面角P-AD1-C的大小不变;
④M在平面A1B1C1D1上到点D和C1的距离相等的点,则M点的轨迹是直线A1D1,
其中真命题的序号是______.
正确答案
①∵BC1∥平面AD1,∴BC1∥上任意一点到平面AD1C的距离相等,所以体积不变,正确.
②P在直线BC1上运动时,直线AB与平面ACD1所成角和直线AC1与平面ACD1所成角不相等,所以不正确.
③当P在直线BC1上运动时,AP的轨迹是平面PAD1,即二面角P-AD1-C的大小不受影响,所以正确.
④∵M是平面A1B1C1D1上到点D和C1距离相等的点,∴M点的轨迹是一条与直线DC1平行的直线,而DD1=D1C1,所以正确.
故答案为:①③④
在图(1)所示的长方形ABCD中,AD=2AB=2,E、F分别为AD、BC的中点,M、N两点分别在AF和CE上运动,且AM=EN=a(0<a<).把长方形ABCD沿EF折成大小为θ的二面角A-EF-C,如图(2)所示,其中θ∈(0,
]
(1)当θ=45°时,求三棱柱BCF-ADE的体积;
(2)求证:不论θ怎么变化,直线MN总与平面BCF平行;
(3)当θ=900且a=.时,求异面直线MN与AC所成角的余弦值.
正确答案
(1)依题意得EF⊥DE,EF⊥AE,∴EF⊥平面ADE,∠DEA=θ.
由θ=45°得,S△ADE=DE•EAsin45°=
,
∴VBCF-ADE=S△ADE•EF=.
(2)证法一:过点M作MM1⊥BF交BF于M1,
过点N作NN1⊥CF交BF于N1,连接M1N1,
∵MM1∥AB,NN1∥EF∴MM1∥NN1
又∵=
=
=
,∴MM1=NN1
∴四边形MNN1M1为平行四边形,
∴MN∥N1M1,又MN⊄面BCF,N1M1⊂面BCF,∴MN∥面BCF.
证法二:过点M作MG⊥EF交EF于G,连接NG,则=
=
,∴NG∥CF.
又NG⊄面BCF,CF⊂面BCF,∴NG∥面BCF,
同理可证得MG∥面BCF,又MG∩NG=G,∴平面MNG∥平面BCF,
∵MN⊂平面MNG,∴MN∥面BCF.
(3)证法一:取CF的中点为Q,连接MQ、NQ,则MQ∥AC,
∴∠NMQ或其补角为异面直线MN与AC所成的角,
∵θ=900且a=.∴NQ=
,MQ=
=
∴MN=
,--
--
∴cos∠NMQ==
.
即MN与AC所成角的余弦值为.
证法二:∵θ=900且a=.
分别以FE、FB、FC所在直线为x轴,y轴,z轴,建立空间直角坐标系.A(1,1,0),C(0,0,1),M(,
,0),N(
,0,
),得
=(-1,-1,1),
=(0,-
,
),
∴cos<,
>=
=
,
所以与AC所成角的余弦值为.
如图,直三棱柱ABC-A1B1C1中,AB=AC=AA1=2,∠ABC=45°.
(1)求直三棱柱ABC-A1B1C1的体积;
(2)若D是AC的中点,求异面直线BD与A1C所成的角.
正确答案
(1)∵AB=AC=2,∠ABC=45°,∴∠BAC=90°,∴S△ABC=×2×2=2.
又AA1=2,∴直三棱柱ABC-A1B1C1的体积V=S△ABC×AA1=2×2=4.
∴直三棱柱ABC-A1B1C1的体积为4.
(2)取AA1的中点M,连接DM,BM,
∵D是AC的中点,∴DM∥A1C,
∴∠BDM是异面直线BD与A1C所成的角.
在△BDM中,BD=BM=,MD=
,cos∠BDM=
=
.即∠BDM=arccos
.
∴异面直线BD与A1C所成的角为arccos.
如图,已知等腰△ABC的底边BC=3,顶角A为120°,D是BC边上一点,且BD=1,把△ADC沿AD折起,使得平面CAD⊥平面ABD,连接BC形成三棱锥C-ABD。
(1)①求证:AC⊥平面ABD;
②求三棱锥C-ABD的体积;
(2)求AC与平面BCD所成角的正弦值。
正确答案
解:(1)①由已知得,∠B=∠C=30°,AB=AC
在△ABD中,由BD=1,得
在△ACD中,∵AC2+AD2=4=CD2,
∴AC⊥AD
平面ADC⊥平面ABD,
∴AC⊥平面ABD。
②∵AC⊥平面ABD
∴
。
(2)由BD=1,得CD=2
在平面内作等腰△ABC底边上的高线AE,点E为垂足,
则
在三棱锥C-ABD中,连接CE,作AH⊥CE于点H,
∵BD⊥AC,BD⊥AE,
∴BD⊥平面ACE
∵AH平面ACE,
∴BD⊥AH,
∴AH⊥平面BCD,
∴∠ACH是直线AC与平面BCD所成的角
在Rt△ACE中,得
∴
即直线AC与平面BCE所成的角的正弦值为。
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