- 用向量方法解决线线、线面、面面的夹角问题
- 共2973题
如图,在三棱锥P-ABCD中,底面ABCD为菱形,∠BAD=60°,△PAD是等边三角形,PQ是∠APD线的角平分线,点M是线段PC的一个靠近点P的一个三分点,平面PAD⊥平面ABCD.
(1)求证:PA∥平面MQB
(2)求PB与平面PAD所成角大小
(3)求二面角M-BQ-C的大小.
正确答案
(1)证明:连接AC交QB与E,
∵AQ∥BC,且=
,
∴=
,
∵M是线段PC的一个靠近点P的一个三分点,
∴=
,
∴PA∥ME,
∵PA⊄平面MGB,ME⊂平面MGB,
∴PA∥平面MGB.
(2)连接BD,
∵AD=AB,∠BAD=60°,
∴AB=BD,
∵△PAD是等边三角形,PQ是∠APD线的角平分线,
∴AQ=QD,
∴QB⊥AD,
∵平面PAD⊥平面ABCD,平面PAD∩平面ABCD=AD,
∴BQ⊥平面PAD,
∴∠BPQ为所求角,
∵△PAD,△ABD均为正三角形,且边长相等,
∴PQ=QB,
又∵PQ⊥QB,
∴∠BPQ=45°.
(3)∵QB⊥平面PAD,PA⊂平面PAD,
∴QB⊥PA,
∵PA∥EM,
∴QB⊥ME,
做EF∥AD,连结ME,则EF⊥QB,
∴∠MEF为二面角M-BQ-C的平面角,
∵ME∥PA,EF∥AD,M为三等分点,
∴F也是CD的一个三等分点,
∴ME=PA,EF=
AD,MF=
PD,
∵PA=AD=PD,
∴EM=EF=MF,即∠MEF=60°.
解析
(1)证明:连接AC交QB与E,
∵AQ∥BC,且=
,
∴=
,
∵M是线段PC的一个靠近点P的一个三分点,
∴=
,
∴PA∥ME,
∵PA⊄平面MGB,ME⊂平面MGB,
∴PA∥平面MGB.
(2)连接BD,
∵AD=AB,∠BAD=60°,
∴AB=BD,
∵△PAD是等边三角形,PQ是∠APD线的角平分线,
∴AQ=QD,
∴QB⊥AD,
∵平面PAD⊥平面ABCD,平面PAD∩平面ABCD=AD,
∴BQ⊥平面PAD,
∴∠BPQ为所求角,
∵△PAD,△ABD均为正三角形,且边长相等,
∴PQ=QB,
又∵PQ⊥QB,
∴∠BPQ=45°.
(3)∵QB⊥平面PAD,PA⊂平面PAD,
∴QB⊥PA,
∵PA∥EM,
∴QB⊥ME,
做EF∥AD,连结ME,则EF⊥QB,
∴∠MEF为二面角M-BQ-C的平面角,
∵ME∥PA,EF∥AD,M为三等分点,
∴F也是CD的一个三等分点,
∴ME=PA,EF=
AD,MF=
PD,
∵PA=AD=PD,
∴EM=EF=MF,即∠MEF=60°.
如图ABCD-A1B1C1D1是棱长为a的正方体,则AB1与平面D1B1BD所成角=______.
正确答案
解析
解:连接A1C1,交B1D1于O,
由正方体的几何特征易得,A1O⊥平面D1B1BD
连接BO,则∠A1BO即为AB1与平面D1B1BD所成角
又∵ABCD-A1B1C1D1是棱长为a的正方体,
∴A1B=a,BO=
,A10=
则cos∠A1BO==
∴∠A1BO=
故答案为:.
如图,四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是平行四边形,侧面PBC是等边三角形平面PBC⊥平面ABCD,BC=2,AB=,∠ABC=45°.
(1)求异面直线BD,PC所成角的余弦值;
(2)点E在线段PC上,AE与平面PAB所成角的正弦值为,求
的值.
正确答案
解:(1)∵BC=2,AB=
,∠ABC=45°,
∴AC=,则∠ACD=90°,
故以C为坐标原点,以CD,CA,分别为x,y轴,建立空间直角坐标系如图:
∵侧面PBC是等边三角形,
∴C(0,0,0),D(,0,0),A(0,
,0),
则=
=(
,
,0),即B(
,
,0),
则BC的中点F(,
,0),则P(
,
,
),
则=(
,
,
),
=(2
,-
,0),
则•
=(2
,-
,0)•(
,
,
)=-3,
||=2,|
|=
,
则cos<>=
=
.
故异面直线BD,PC所成角的余弦值为.
(2设平面PAB的法向量为=(x,y,z),
则=(
,0,0),
=(
,-
,
),
则由,
令z=1,则x=0,y=,即
=(0,
,1),
∵E在线段PC上,
∴设=m,E(x,y,z)
则=(
m,
m,-
m),
即(x+,y-
,z-
)=(
m,
m,-
m),
解得x=m-
,y=
-
m,z=
-
m,
即E(m-
,
-
m,
-
m),
则=(
m-
,-
m,
-
m),则|
|=
,
∵AE与平面PAB所成角的正弦值为,
∴|cos<>|=
=
解析
解:(1)∵BC=2,AB=
,∠ABC=45°,
∴AC=,则∠ACD=90°,
故以C为坐标原点,以CD,CA,分别为x,y轴,建立空间直角坐标系如图:
∵侧面PBC是等边三角形,
∴C(0,0,0),D(,0,0),A(0,
,0),
则=
=(
,
,0),即B(
,
,0),
则BC的中点F(,
,0),则P(
,
,
),
则=(
,
,
),
=(2
,-
,0),
则•
=(2
,-
,0)•(
,
,
)=-3,
||=2,|
|=
,
则cos<>=
=
.
故异面直线BD,PC所成角的余弦值为.
(2设平面PAB的法向量为=(x,y,z),
则=(
,0,0),
=(
,-
,
),
则由,
令z=1,则x=0,y=,即
=(0,
,1),
∵E在线段PC上,
∴设=m,E(x,y,z)
则=(
m,
m,-
m),
即(x+,y-
,z-
)=(
m,
m,-
m),
解得x=m-
,y=
-
m,z=
-
m,
即E(m-
,
-
m,
-
m),
则=(
m-
,-
m,
-
m),则|
|=
,
∵AE与平面PAB所成角的正弦值为,
∴|cos<>|=
=
正方形ABCD中,AB=2,E、F分别是边AB及BC的中点,将△AED及△DCF折起(如图),使A、C点重合于A′点.
(Ⅰ)证明A′D⊥EF;
(Ⅱ)求A′D与平面DEF所成角的正切值.
正确答案
证明:(I)∵ABCD是正方形
∴AD⊥AB,DC⊥BC,
即AD⊥AE,DC⊥CF,折起后,即A′D⊥A′E,A′D⊥A′F
∴A′D⊥面A′EF
∴A′D⊥EF
证明:(II)取EF中点G,连接A′G,DG,过A′做DG的垂线,交DG于H.
∵G是中点,且A′E=A′F=1,DE=DF=
∴A′G⊥EF,GD⊥EF
∴EF⊥面A′GD,
∴EF⊥A′H
又因为A′H⊥DG 所以A′H⊥面DEF
所以∠A′DG即所求的A′D与平面DEF所成角,
又因为A′D⊥面A′EF,所以A′D⊥A′G
所以tan∠A′DG=,
由题意可知,A′G=,A′D=2,
所以tan∠A′DG=
已知a∈R,设函数.
解析
证明:(I)∵ABCD是正方形
∴AD⊥AB,DC⊥BC,
即AD⊥AE,DC⊥CF,折起后,即A′D⊥A′E,A′D⊥A′F
∴A′D⊥面A′EF
∴A′D⊥EF
证明:(II)取EF中点G,连接A′G,DG,过A′做DG的垂线,交DG于H.
∵G是中点,且A′E=A′F=1,DE=DF=
∴A′G⊥EF,GD⊥EF
∴EF⊥面A′GD,
∴EF⊥A′H
又因为A′H⊥DG 所以A′H⊥面DEF
所以∠A′DG即所求的A′D与平面DEF所成角,
又因为A′D⊥面A′EF,所以A′D⊥A′G
所以tan∠A′DG=,
由题意可知,A′G=,A′D=2,
所以tan∠A′DG=
已知a∈R,设函数.
如图,在长方体ABCD-A1B1C1D1中,A′A=AD=1,AB=,求直线A′C与平面ABCD所成角的大小.
正确答案
解:连接AC,由A′A⊥平面ABCD知,
∠A′CA为A′C与平面ABCD所成的角.
由于AD=1,AB=,所以在Rt△A′AC中,
.
又A′A=1,则.
所以∠A‘CA=30∘.
则直线A′C与平面ABCD所成角的大小为30°.
解析
解:连接AC,由A′A⊥平面ABCD知,
∠A′CA为A′C与平面ABCD所成的角.
由于AD=1,AB=,所以在Rt△A′AC中,
.
又A′A=1,则.
所以∠A‘CA=30∘.
则直线A′C与平面ABCD所成角的大小为30°.
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