- 用向量方法解决线线、线面、面面的夹角问题
- 共2973题
如图,四棱锥P-ABCD的侧面PAD垂直于底面ABCD,∠ADC=∠BCD=90°,PA=PD=AD=2BC=2,CD,M在棱PC上,N是AD的中点,二面角M-BN-C为30°。
(1)求的值;
(2)求直线PB与平面BMN所成角的大小。
正确答案
解:(1)作ME∥CD,ME∩PD=E
∵∠ADC=∠BCD=90°,AD=2BC=2,N是AD的中点,
∴BN⊥AD,
又平面PAD⊥平面ABCD,
∴BN⊥平面PAD,
∴BN⊥NE,∠DNE为二面角M-BN-C的平面角,∠DNE=30°
∵PA=PD=AD,
∴∠PDN=60°,
∴∠DEN=90°,
∴DE=DP
∴CM=CP,
故=3。
(2)连结BE,由(1)的解答可知PE⊥平面BMN,则∠PBE为直线PB与平面BMN所成的角
连结PN,则PN⊥平面ABCD,从而PN⊥BN,
∴PB==
=
又
∴
所以直线PB与平面MBN所成的角为。
如图,在四棱锥S-ABCD中,底面ABCD为平行四边形,SA⊥底面ABCD,AB=2,AD=1,,
,E在棱SD上,
(Ⅰ) 当SE=3ED时,求证:SD⊥平面AEC;
(Ⅱ) 当二面角S-AC-E的大小为时,求直线AE与平面CDE所成角的正弦值.
正确答案
解:在中,∵AB=2,AD=1,∠BAD=120°,
∴CA⊥AD 又SA⊥平面ABCD,
∴以A为坐标原点,AC,AD,AS所在直线为x轴,y轴,z轴建立空间直角坐标系,
则 ,
,
∵∴
(1) ∵SE=3ED∴
∵
∴ ∴SD⊥平面AEC
(2) ∵AC⊥平面SAD,SA⊥底面ABCD,
∴AC⊥AE,AC⊥SA
∴为二面角S-AC-E的平面角,即
=
,
此时E为SD的中点
设平面CDE的法向量为
计算可得
∴
即直线AE与平面CDE所成角的正弦值为.
如图,已知两个正四棱锥P-ABCD与Q-ABCD的高分别为1和2,AB=4,
(Ⅰ)证明PQ⊥平面ABCD;
(Ⅱ)求异面直线AQ与PB所成的角;
(Ⅲ)求点P到平面QAD的距离。
正确答案
解:(Ⅰ)连结AC、BD,设AC∩BD=O,
由P-ABCD与Q-ABCD都是正四棱锥,
所以PO⊥平面ABCD,QO⊥平面ABCD,
从而P、O、Q三点在一条直线上,
所以PQ⊥平面ABCD;
(Ⅱ)由题设知,ABCD是正方形,所以AC⊥BD,
由(Ⅰ),PQ⊥平面ABCD,
故可以分别以直线CA、DB、QP为x轴,y轴,z轴
建立空间直角坐标系(如右图),
由题设条件,相关各点的坐标分别是P(0,0,1),
Q(0,0,-2),,
所以,
于是,
从而异面直线AQ与PB所成的角是;
(Ⅲ)由(Ⅱ),
点D的坐标是(0,,0),
,
设是平面QAD的一个法向量,
由,
取x=1,得,
所以点P到平面QAD的距离
。
四面体ABCD中,△ABC是正三角形,△BCD是等腰直角三角形,其中BD=DC=,二面角A-BC-D的平面角的余弦值为-
。
(1)求点A到平面BCD的距离;
(2)设G的BC中点,H为△ACD内的动点(含边界),且GH∥平面ABD,求直线AH与平面BCD所成角的正弦值的取值范围。
正确答案
解:(1)传统法或建立空间直角坐标系法得点A到平面BCD的距离为;
(2)法一:用传统法求得≤tan∠AMO≤1 ,
∴得≤sin∠AMO≤
,
法二:建立空间直角坐标系法。
如图,在直三棱柱中,
,
为
的中点,且
,
(1)当时,求证:
;
(2)当为何值时,直线
与平面
所成的角的正弦值为
,并求此时二面角
的余弦值。
正确答案
解:(1 )设,如图建系,则
,
,
(2)设则
,
的法向量
设直线与平面
所成角为
,
,
,
,
,
,
设面的法向量
,
设面的法向量
则
,
的大小为
则
二面角
的余弦值为
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