- 用向量方法解决线线、线面、面面的夹角问题
- 共2973题
如图,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是正方形,侧棱PD⊥底面ABCD,PD=DC,E是PC的中点,
(1)证明PA∥平面EDB;
(2)求EB与底面ABCD所成的角的正切值。
正确答案
(1)证明:连结AC、AC交BD于O,连结EO,
∵底面ABCD是正方形,
∴点O是AC的中点,
在△PAC中,EO是中位线,
∴PA∥EO,
而平面EDB且
平面EDB,
所以,PA∥平面EDB。
(2)解:作EF⊥DC交CD于F,连结BF,
设正方形ABCD的边长为a,
∵PD⊥底面ABCD,
∴PD⊥DC,
∴EF∥PD,F为DC的中点,
∴EF⊥底面ABCD,BF为BE在底面ABCD内的射影,
故∠EBF为直线EB与底面ABCD所成的角,
在Rt△BCF中,
,
∵,
∴在Rt△EFB中,,
所以EB与底面ABCD所成的角的正切值为。
在多面体ABCDEF中,点O是矩形ABCD的对角线的交点,三角形CDE是等边三角形,棱EF∥BC且EF=BC。
(Ⅰ)证明:FO∥平面CDE;
(Ⅱ)设BC=2,CD=2,OE=
,求EC与平面ABCD所成角的正弦值。
正确答案
(Ⅰ)证明:取CD的中点M,连结OM,
在矩形ABCD中,,
又,则
,
连结EM,于是四边形EFOM为平行四边形,
∴FO∥EM,
又平面CDE,且EM
平面CDE,
∴FO∥平面CDE。
(Ⅱ)连结FM,由(Ⅰ)和已知条件,在等边△CDE中,CM=DM,
EM⊥CD,且,
又,
因此,平行四边形EFOM为菱形,
过E作EG⊥OM于G,
∵CD⊥EM,CD⊥OM,
∴CD⊥平面EOM,∴CD⊥EG,
因此,EG⊥平面ABCD,所以,∠EGC为EC与底面ABCD所成角,
在△EOM中,,则△EOM为正三角形,
∴点E到平面ABCD的距离为,
所以,,
即EC与平面CDF所成角的正弦值为。
如图,四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,A1D⊥平面ABCD,底面ABCD是边长为1的正方形,侧棱AA1=2,
(1)求证:C1D∥平面ABB1A1;
(2)求直线BD1与平面A1C1D所成角的正弦值。
正确答案
(1)证明:四棱柱中,
,
又面
,
所以平面
,
ABCD是正方形,所以CD∥AB,
又面
,
所以CD∥平面,
所以,平面平面
,
所以,平面
。
(2)解:ABCD是正方形,AD⊥CD,
因为平面ABCD,所以,
,
,
如图,以D为原点建立空间直角坐标系D-xyz,
在中,由已知可得
,
所以,,
,
,
因为平面ABCD,
所以平面
,
,
又,
所以平面
,
所以平面的一个法向量为
,
设与n所成的角为β,
又,
则,
所以直线与平面
所成角的正弦值为
。
如图,在平行四边形ABCD中,AB=2BC,∠ABC=120°,E为线段AB的中点,将△ADE沿直线DE翻折成△A′DE,使平面A′DE⊥平面BCD,F为线段A′C的中点.
(Ⅰ)求证:BF∥平面A′DE;
(Ⅱ)设M为线段DE的中点,求直线FM与平面A′DE所成角的余弦值.
正确答案
(Ⅰ)证明:取A'D的中点G,连结GF,GE,
由条件易知,
所以FC∥BE,FG=BE,
故四边形BEGF为平行四边形,
所以BF∥EG,
因为EG平面A′DE,BF
平面A′DE,
所以BF∥平面A′DE。
(Ⅱ)在平行四边形ABCD中,设BC=a,
则AB=CD=2a,AD=AE=EB=a,连结CE,
因为∠ABC=120°,
在△BCE中,可得CE=a,
在△ADE中,可得DE=a,
在△CDE中,因为CD2=CE2+DE2,所以CE⊥DE,
在正三角形A′DE中,M为DE中点,所以A′M⊥DE,
由平面A′DE⊥平面BCD,可知A′M⊥平面BCD,A′M⊥CE,
取A′E的中点N,连结NM,NF,
所以NF⊥DE,NF⊥A′M,
因为DE交A′M于M,所以NF⊥平面A′DE,
则∠FMN为直线FM与平面A′DE所成角,
在Rt△FMN中,,
则,
所以直线FM与平面A′DE所成角的余弦值为。
如图,将正方形ABCD沿对角线BD折成直二面角,连接A′C得到三棱锥A′-BCD,A′F垂直BD于F,E为BC的中点,
(Ⅰ)求证:EF∥平面A′CD;
(Ⅱ)求直线A′E与平面BCD所成角的余弦值;
(Ⅲ)二面角B-A′C-D的余弦值.
正确答案
(Ⅰ)根据题意,有平面A′BD⊥平面BCD,A′F⊥BD于F,A′D= A′B,
∴F为BD的中点,
又E为BC的中点,
∴EF∥CD,
∴EF∥平面A′CD。
(Ⅱ)∵平面A′BD⊥平面BCD,A′F⊥BD,
∴A′F⊥平面BCD,
∴∠A′EF为直线A′E与平面BCD所成的角,
设正方形ABCD边长为a,则,
∴,
∴直线A′E与平面BCD所成角的余弦值为。
(Ⅲ)连结FC,有,∴
,
∴A′B=BC=A′C=A′D=CD=a,
取A′C的中点为M,则BM⊥A′C,DM⊥A′C,
∴∠BMD为二面角B-A′C-D的平面角,
∵△A′BC和△A′DC都为正三角形,
∴,
∴,
∴二面角B-A′C-D的余弦值为。
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