- 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,在三棱锥S-ABC中,平面SAB⊥平面ABC,AC⊥AB,SA=SB=AB=2,AC=1
(1)求异面直线AB与SC所成的角的余弦值;
(2)在线段AB上求一点D,使CD与平面SAC成45°角.
正确答案
(1)取AB的中点O,连接OS,则有OS⊥AB
又∵平面SAB⊥平面ABC,
∴OS⊥平面ABC …(2分)
∴以AB为x轴,OS为z轴,过O作AC的平行线为y轴,如图,建立空间直角坐标系O-xyz.
∵A(-1,0,0),B(1,0,0),C(-1,1,0),
S(0,0,),
∴=(2,0,0),
=(-1,1,-
),
∴cos<,
>=
=
=-
…(5分)
又异面直线AB与SC所成角大于0,小于等于,故异面直线AB与SC所成的角的余弦值为
…(6分)
(2)依题意可设D(a,0,0),其中a∈[-1,1],
∴=(a+1,-1,0)
设平面SAC的法向量为=(x,y,z),
∵=(-1,0,-
),
=(0,1,0)
∴,取
=(
,0,-1)…(8分)
设CD与平面SAC所成的角为θ,则sinθ=|cos<,
>|=
=
∴(a+1)=
…(10分)
两边同平方,化简得a2+2a-1=0
∴a=-1-(舍去)或者a=
-1
所以满足条件的点D的坐标为(-1,0,0)…(12分)
在三棱锥P-ABC内,已知PA=PC=AC=,AB=BC=1,面PAC⊥面ABC,E是BC的中点.
(1)求直线PE与AC所成角的余弦值;
(2)求直线PB与平面ABC所成的角的正弦值;
(3)求点C到平面PAB的距离.
正确答案
(1)分别取AB,AC的中点F,H,连接PH,HF,HE,EF
由于E、F分别是BC、AB的中点,故EF是△ABC的中位线,则有EF∥AC,
故∠PEF是异面直线PE与AC所成的角或补角
在△PEF中,PE=PF=,EF=
故cos∠PEF=
(2)由于PA=PC,H是AC的中点,
有PH⊥AC
又由面PAC⊥面ABC
面PAC∩面ABC=AC
有PH⊥面ABC
故∠PBH是直线PB与平面ABC所成的角
在△PBH中,PH=,PH=
∴tan∠PBH==
故sin∠PBH=
(3)∵VP-ABC=VC-PAB=S△ABC•PH=
•
×1×1×
=
又由三角形PAB的面积S△PAB=
∴点C到平面PAB的距离h==
已知E,F分别是正方体ABCD-A1B1C1D1的棱BC和CD的中点,则A1D与EF所成角的大小为( ),A1F与平面B1EB所成角的余弦为( )。
正确答案
60°;
如图,在棱长为1的正方体ABCD-A1B1C1D1中, P是侧棱CC1上的一点,CP=m。
(1) 试确定m,使得直线AP与平面BDD1B1所成角的正切值为;
(2) 在线段A1C1上是否存在一个定点Q,使得对任意的m,D1Q在平面APD1上的射影垂直于AP。并证明你的结论。
正确答案
解:(1)连AC,设AC与BD相交于点O,AP与平面BDD1B1相交于点G,
连结OG,因为 PC∥平面,平面BDD1B1∩平面APC=OG,
故OG∥PC,所以,OG=PC=
,
又AO⊥BD,AO⊥BB1,
所以AO⊥平面,
故∠AGO是AP与平面所成的角。
在Rt△AOG中,tan∠AGO=,
即m=,
所以当m=时,直线AP与平面
所成的角的正切值为
。
(2)可以推测,点Q应当是A1C1的中点O1,
因为 D1O1⊥A1C1,且 D1O1⊥A1A ,
所以 D1O1⊥平面ACC1A1,
又AP平面ACC1A1,
故 D1O1⊥AP,
那么根据三垂线定理知,D1O1在平面APD1的射影与AP垂直。
(文科)在棱长为1的正方体ABCD-A′B′C′D′中,AC′为对角线,M、N分别为BB′,B′C′中点,P为线段MN中点.
(1)求DP和平面ABCD所成的角的正切;
(2)求四面体P-AC′D′的体积.
正确答案
(1)过P作PH⊥BC于足H,连DH,
∵面BC′⊥面AC,则PH⊥面ABCD,
∴DP和面ABCD所成角即为∠HDP.
在正方形BCC′B′,M,N分别为BB′,B′C′中点,P为MN中点,
又B′C′=1,则PH=,BH=
,CH=
,
DH==
=
在Rt△PHD中,tan∠HDP==
(6分)
(2)连BC′和B′C交于Q,因为BCC′B′为正方形,则PQ⊥BC′则PQ=B′C=
,而S△AC′D′=
•1•
=
∴VP-AC′D′=•
•
=
(体积单位)(12分)
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