- 用向量方法解决线线、线面、面面的夹角问题
- 共2973题
如图,直角△BCD所在的平面垂直于正△ABC所在的平面,PA⊥平面ABC,DC=BC=2PA,E为DB的中点。
(1)证明:AE⊥BC;
(2)若点F是线段BC上的动点,设面PFE与面PBE所成的平面角大小为,当
在
内取值时,求直线PF与平面DBC所成的角的范围。
正确答案
(1)证明:取BC的中点O,连接EO,AO,则EO//DC,
所以EO⊥BC,
因为△ABC为等边三角形,所以BC⊥AO,
所以BC⊥面AEO,
故BC⊥AE。
(2)解:连接PE,
因为面BCD⊥面ABC,DC⊥BC,
所以DC⊥面ABC,
而EODC,
所以EOPA,故四边形APEO为矩形,
易证PE⊥面BCD,
连接EF,则∠PFE为PF与面DBC所成的角,
又PE⊥面BCD,
所以,
∴∠BEF为面PBE与面PFE所成的角,即,
此时点F即在线段BO上移动,设DC=BC=2PA=2,则,
,
所以直线PF与平面DBC所成的角的范围为。
如图,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是正方形,侧面PAD是正三角形,且平面PAD⊥底面ABCD。
(1)求证:AB⊥平面PAD;
(2)求直线PC与底面ABCD所成角的大小;
(3)设AB=1,求点D到平面PBC的距离。
正确答案
(1)证明:平面PAD⊥底面ABCD,
又AB⊥AD,
由面面垂直的性质定理得, AB⊥平面PAD。
(2)解:取AD的中点为O,则PO⊥AD,
又平面PAD⊥底面ABCD,
则PO⊥底面ABCD,
连接CO ,∠PCO为直线PC与底面ABCD所成的角,
在Rt△PCO中,,
。
(3)解:取BC中点为E,连接OE ,
AD⊥平面POE,BC∥AD,
∴BC⊥平面POE,平面POE⊥平面PBC,
在Rt△POE中,作OF⊥PE于F,
OF=,
∴点D到平面PBC的距离为。
如图①边长为1的正方形ABCD中,点E、F分别为AB、BC的中点,将△BEF剪去,将△AED、△DCF分别沿DE、DF折起,使A、C两点重合于点P得一三棱锥如图②示.
(1)求证:PD⊥EF;
(2)求三棱锥P﹣DEF的体积;
(3)求DE与平面PDF所成角的正弦值.
正确答案
(1)证明:依题意知图①折前AD⊥AE,CD⊥CF,
∴PD⊥PE,PF⊥PD,
∵PE∩PF=P,
∴PD⊥平面PEF
又∵EF平面PEF,
∴PD⊥EF
(2)依题意知图①中AE=CF=,
∴PE=PF=,
在△BEF中,
在△PEF中,PE2+PF2=EF2,
∴PE⊥PF
∴
∴=
.
(3)解:由(2)知PE⊥PF,
又PE⊥PD,
∴PE⊥平面PDF
∴∠PDE为DE与平面PDF所成的角,
在Rt△PDE中,
∵,
∴
如图,在四棱锥 P﹣ABCD中,四边形ABCD是矩形,PA⊥平面ABCD,AB=PA=2,AD=1,E 是 PB 的中点.
(Ⅰ)若F是BC上任一点,求证:AE⊥PF;
(Ⅱ)设 AC、BD交于点O,求直线BO与平面AEC所成角的正弦值.
正确答案
解:(Ⅰ)证明:因为四棱锥P﹣ABCD的底面是边长为2和1的矩形,
侧棱PA⊥平面ABCD,且PA=2
所以BC⊥AB,BC⊥PA,AB∩PA=A
∴BC⊥平面PAB.∴BC⊥AE.
又在△PAB中,∵PA=PB,E是PB的中点,
∴AE⊥PB.又BC∩PB=B,
∴AE⊥平面PBC,
又PF面PBC.
∴AE⊥PF.
(2)以A为原点,建立如图所示的空间直角坐标系.
则P(0,0,2),B(2,0,0),E(1,0,1),C(2,1,0),0(1,,0).
∴.
设,是平面EAC的一个法向量,则由
得
即
取x=1得.
而,
∴.
设直线BO与平面AEC所成角为α,则sinα=.
∴直线BO与平面AEC所成角的正弦值为.
如 图在三棱锥P-ABC中,PA⊥底面ABC,PA=PB,∠ABC=60° ,点D、E分别在棱PB,PC上,且DE∥BC,
(1)求证:BC⊥平面PAC;
(2)当D为PB的中点时,求AD与平面PAC所成的角的正弦值;
(3)是否存在点E使得二面角A-DE-P为直二面角?说明理由。
正确答案
(1)证明:∵
∴PA⊥BC,
又∠PCA=90°,
∴AC⊥BC,
∴。
(2)解:∵当D为PB的中点,且DE∥BC,
∴DE=BC,
由(1)知,
∴DE⊥平面PAC,垂足为点E,
∴∠DAE是AD与平面PAC所成的角,
∵,
∴PA⊥AB,
又PA=AB,∴△PAB为等腰直角三角形,
∴AD=AB,
在Rt△ABC中,∠ABC=60°,∴BC=AB,
∴在Rt△ADE中,sin∠DAE=。
(3)∵,又由(1)知,
,
∴DE⊥平面PAC,
又平面PAC,
平面PAC,
∴DE⊥AE,DE⊥PE,
∴∠AEP为二面角A-DE-P的平面角,
∵,
∴PA⊥AC,即∠PAC=90°,
∴在棱PC上存在一点E,使得AE⊥PC,这时∠AEP=90°,
故存在点E,使得二面角A-DE-P为直二面角。
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