- 用向量方法解决线线、线面、面面的夹角问题
- 共2973题
如图所示多面体中,AD⊥平面PDC,ABCD为平行四边形,E为AD的中点,F为线段BP上一点,∠CDP=120°,AD=3,AP=5,PC=.
(Ⅰ)若F为BP的中点,求证:EF∥平面PDC;
(Ⅱ)若,求直线AF与平面PBC所成角的正弦值
正确答案
解(Ⅰ)取PC的中点为O,连FO,DO,
∵F,O分别为BP,PC的中点,
∴FO∥BC,且,
又ABCD为平行四边形,ED∥BC,且,
∴FO∥ED,且FO=ED
∴四边形EFOD是平行四边形
即EF∥DO 又EF平面PDC
∴EF∥平面PDC.
(Ⅱ)以DC为x轴,过D点做DC的垂线为y轴,DA为z轴建立空间直角坐标系,
则有D (0 ,0 , 0),C(2,0,0),B(2,0,3),P(,A(0,0,3)
设,
∴则
设平面PBC的法向量为则
即
取y=1得
∴AF与平面PBC所成角的正弦值为.
如图,在四棱锥S﹣ABCD中,SD⊥底面ABCD,底面ABCD是矩形,且 ,E是SA的中点.
(1)求证:平面BED⊥平面SAB;
(2)求直线SA与平面BED所成角的大小.
正确答案
(1)证明:∵SD⊥平面ABCD,SD?平面SAD
∴平面SAD⊥平面ABCD,
∵AB⊥AD,平面SAD∩平面ABCD=AD ∴AB⊥平面SAD,
∵DE?平面SAD ∴DE⊥AB.
∵SD=AD,E是SA的中点,∴DE⊥SA,
∵AB∩SA=A,∴DE⊥平面SAB
∴平面BED⊥平面SAB.
(2)解: 作AF⊥BE,垂足为F.
由(1),平面BED⊥平面SAB,则AF⊥平面BED,
所以∠AEF是直线SA与平面BED所成的角.
设AD=2a,则AB= a,SA=2
a,AE=
a,
△ABE是等腰直角三角形,则AF=a.
在Rt△AFE中,sin∠AEF= =
,
∴∠AEF=45° 故直线SA与平面BED所成角的大小45°.
附加题
如图所示,在直角梯形OABC中,,OA=OS=AB=1,OC=2,点M是棱SB的中点,N是OC上的点,且ON:NC=1:3.
(1)求异面直线MN与BC所成的角;
(2)求MN与面SAB所成的角.
正确答案
解:(1)以OC,OA,OS所在直线建立空间直角坐标系O﹣xyz,
则S(0,0,1),C(2,0,0),A(0,1,0),B(1,1,0),
所以N( ,0,0),M(
,
,
)
∴ =(0,﹣
,﹣
),
=(1,﹣1,0)
∴直线MN与BC所成角的余弦值为 =
∴直线MN与BC所成角为 ;
(2)设平面SAB的一个法向量为 =(a,b,c)
=(a,b,c)·(1,1,﹣1)=a+b﹣c=0
=(a,b,c)·(0,1,﹣1)=b﹣c=0
令b=1可得法向量 =(0,1,1)
∵ =(0,﹣
,﹣
),
∴直线MN与面SAB所成角的正弦值为| |=
∴直线MN与面SAB所成角为
如图,已知AB⊥平面ACD,DE⊥平面ACD,△ACD为等边三角形,AD=DE=2AB,F为CD的中点.
(1)求证:AF∥平面BCE;
(2)求证:平面BCE⊥平面CDE;
(3)求直线BF和平面BCE所成角的正弦值.
正确答案
(1)证明:取CE的中点G,连FG、BG.
∵F为CD的中点,
∴GF∥DE且.
∵AB⊥平面ACD,DE⊥平面ACD,
∴AB∥DE,
∴GF∥AB.
又,
∴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.
(2)证明:∵△ACD为等边三角形,F为CD的中点,
∴AF⊥CD.
∵DE⊥平面ACD,AF平面ACD,
∴DE⊥AF.
又CD∩DE=D,
故AF⊥平面CDE.
∵BG∥AF,∴BG⊥平面CDE.
∵BG平面BCE,∴平面BCE⊥平面CDE.
(3)解:在平面CDE内,过F作FH⊥CE于H,连BH.
∵平面BCE⊥平面CDE,
∴FH⊥平面BCE.
∴∠FBH为BF和平面BCE所成的角.
设AD=DE=2AB=2a,则
,
,
Rt△FHB中,.
∴直线BF和平面BCE所成角的正弦值为.
如图1,平面四边形ABCD关于直线AC对称,∠A=60°,∠C=90°,CD=2,把△ABD沿BD折起(如图2),使二面角A-BD-C的余弦值等于,对于图2,完成以下各小题:
(1)求A,C两点间的距离;
(2)证明:AC⊥平面BCD;
(3)求直线AC与平面ABD所成角的正弦值。
正确答案
解:(Ⅰ)取BD的中点E,连接AE,CE,
由,得:
,
∴就是二面角A-BD-C的平面角,
∴,
在,
,
∴AC=2。
(Ⅱ)由,
∴,
∴,
∴,
又,
∴AC⊥平面BCD;
(Ⅲ)由(Ⅰ)知,
,
∴平面ACE⊥平面ABD,平面ACE∩平面ABD=AE,
作,则CF⊥平面ABD,
∠CAF就是AC与平面ABD所成的角,
∴。
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