- 用向量方法解决线线、线面、面面的夹角问题
- 共2973题
如图,在侧棱锥垂直底面的四棱锥ABCD-A1B1C1D1中,AD∥BC,AD⊥AB,AB=。AD=2,BC=4,AA1=2,E是DD1的中点,F是平面B1C1E与直线AA1的交点。
(1)证明:(i)EF∥A1D1;
(ii)BA1⊥平面B1C1EF;
(2)求BC1与平面B1C1EF所成的角的正弦值。
正确答案
解:(1)(i)因为,
平面ADD1A1,
所以平面ADD1A1,
又因为平面平面ADD1A1=
,
所以
所以。
(ii)∵,
所以,
又因为,
所以,
在矩形中,F是AA1的中点,即
即,
故
所以平面
。
(2) 设与
交点为H,连结
由(1)知B1C1∥EF,所以是
与平面
所成的角
在矩形中,
,
,得
,
在直角中,
,
,
得,所以BC与平面
所成角的正弦值是
。
如图1,E、F分别是矩形ABCD的边AB、CD的中点,G是EF上的一点。将△GAB、△GCB分别沿AB、CD翻折成△G1AB、△G2CD,并连结G1G2,使得平面G1AB⊥平面ABCD,G1G2∥AD,且G1G2<AD,连结BG2,如图2,
(Ⅰ)证明平面G1AB⊥平面G1ADG2;
(Ⅱ)当AB=12,BC=25,EG=8时,求直线BG2和平面G1ADG2所成的角。
正确答案
(Ⅰ)证明:因为平面G1AB⊥平面ABCD,
平面G1AB∩平面ABCD=AB,
AD⊥AB,AD平面ABCD,
所以AD⊥平面G1AB,
又AD平面G1ADG2,
所以平面G1AB⊥平面G1ADG2。
(Ⅱ)解:过点B作BH⊥AG1于点H,连结G2H,
由(Ⅰ)的结论可知,BH⊥平面G1ADG2,
所以∠BG1H是BG2和平面G1ADG2所成的角,
因为平面G1AB⊥平面ABCD,平面G1AB∩平面ABCD=AB,
G1E=AB,G1E平面G1AB,
所以G1E⊥平面ABCD,
故G1E⊥EF,
因为G1G2<AD,AD=EF,
所以可在EF上取一点O,使EO=G1G2,
又因为G1G2∥AD∥EO,
所以四边形G1EOG2是矩形,
由题设AB=12,BC=25,EG=8,则GF=17,
所以G2O=G1E=8,G2F=17,
OF=,
因为AD⊥平面G1AB,G1G2∥AD,
所以G1G2⊥平面G1AB,
从而G1G2⊥G1B,
故BG=BE2+EG
+G1G
=62+82+102=200,
BG2=,
又AG1=,
由,
故,
即直线BG2与平面G1ADG2所成的角是。
如图,△BCD与△MCD都是边长为2的正三角形,平面MCD⊥平面BCD,AB⊥平面BCD,AB=2。
(I)求直线AM与平面BCD所成角的大小;
(Ⅱ)求平面ACM与平面BCD所成二面角的正弦值。
正确答案
解:(Ⅰ)取CD中点O,连OB,OM,则OB⊥CD,OM ⊥CD
又平面MCD⊥平面BCD,则MO⊥平面BCD
所以MO∥AB
A、B、O、M共面
延长AM、BO相交于E,则∠AEB就是AM与平面BCD所成的角
所以,即
∴直线AM与平面BCD所成角的大小为45°;
(Ⅱ)CE是平面ACM与平面BCD的交线。由(I)知,O是BE的中点,则BCED是菱形
作BF⊥EC于F,连AF,则AF⊥EC
∠AFB就是二面角A-EC-B的平面角,设为θ
因为∠BCE=120°
所以∠BCF=60°
所以,所求二面角的正弦值是。
如图,已知斜三棱柱的侧面
与底面ABC垂直,∠ABC=90°,BC=2,
AC=2,
。
(1)求侧棱与底面ABC所成的角;
(2)求侧面与底面ABC所成的角;
(3)求顶点C到平面的距离。
正确答案
解:(1)取AC的中点O,连结,则
,
∵面与面ABC垂直,
∴⊥平面ABC,
∴即为所求,且易知
=45°,
∴侧棱与底面ABC所成的角是45°。
(2)取AB的中点D,
∴AB⊥面A1OD,
∴即为所求,
又,
∴,
即,
所以,侧面与底面ABC所成的角是60°。
(3)设顶点C到平面的距离为d,
由题意,知,
又,
∴,
∴,
所以,顶点C到平面的距离为
。
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,
(Ⅰ)试确定m,使直线AP与平面BDD1B1所成角的正切值为3;
(Ⅱ)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:(Ⅰ)连AC,设AC与BD相交于点O,
AP与平面相交于点G,连结OG,
因为PC∥平面,平面
∩平面APC=OG,
故OG∥PC,
所以,OG=,
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,tanAGO=,即m=
,
所以,当m=时,
直线AP与平面所成的角的正切值为3
。
(Ⅱ)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。
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