- 用向量方法解决线线、线面、面面的夹角问题
- 共2973题
如图,在正三棱柱ABC-A1B1C1中,E是BB1的中点。
(1)求证:截面A1EC⊥平面ACC1A1;
(2)若AA1=A1B1,且F是AC中点,求直线EF与面A1EC所成角的大小。
正确答案
(1 )证明:作EG⊥A1C于G
∵E是BB1的中点,且A1B1=BC
∴EA1=EC
∴G是A1C的中点
又连结AC1,则G是AC1的中点
又连结EA,EC1,则EG⊥AC1
又∵
∴EG⊥平面ACC1A1,截面A1EC
∴截面A1EC⊥平面ACC1A1
(2)解:以AC的中O为坐标原点,建立如图所示的坐标系
不妨设2
则
则
设面A1EC的法向量
由
设与面所成的角为θ
则
∴EF与面A1EC所成的角的大小为。
如图所示的几何体是由以正三角形ABC为底面的直棱柱被平面DEF所截而得,AB=2,BD=1,CE=3,AF=a,O为AB的中点,
(1)当a=4时,求平面DEF与平面ABC的夹角的余弦值;
(2)当a为何值时,在棱DE上存在点P,使CP⊥平面DEF?
正确答案
解:(1)分别取AB、DF的中点O、G,
连接OC、OG,
以直线OB、OC、OG分别为x轴、y轴、z轴
建立如图所示的空间直角坐标系,
,
则D、E、F的坐标分别为D(1,0,1)、
E(0,,3)、F(-1,0,4),
∴=(-1,
,2),
=(-2,0,3),
设平面DEF的法向量,
由,
得,
可取,
平面ABC的法向量可以取,
∴,
∴平面DEF与平面ABC的夹角的余弦值为。
(2)在(1)的坐标系中,AF=a,
=(-1,
,2),
=(-2,0,a-1),
因P在DE上,设,
则
,
∴
,
于是CP⊥平面DEF的充要条件为
,
由此解得,,
即当a=2时,在DE上存在靠近D的第一个四等分点P,
使CP⊥平面DEF。
如图所示,直三棱柱ABC-A1B1C1中,CA=CB=2,∠BCA=90°,棱AA1=4,E、M、N分别是CC1、A1B1、AA1的中点,
(1)求证:A1B⊥C1M;
(2)求BN的长;
(3)求二面角B1-A1E-C1平面角的余弦值。
正确答案
解:如图建立空间直角坐标系,
(1),
,
,
,
∴,
∴A1B⊥C1M。
(2)依题意得:B(0,2,0),N(2,0,2),
∴。
(3)依题意得:,
,
∴,
,
∴平面,
得,
设平面,
则,
∴y=-z,
,
∴x=-z,
令z=1,
则,
则,
由题意可知:二面角B1-A1E-C1的大小是锐角,
所以二面角B1-A1E-C1的平面角的余弦值是。
如图,在三棱锥S-ABC中,侧面SAB与侧面SAC均为等边三角形,∠BAC=90°,O为BC中点。
(1)证明:SO⊥平面ABC;
(2)求二面角A-SC-B的余弦值。
正确答案
解:(1)由题设
连接
为等腰直角三角形,
所以,且
又为等腰三角形,
故
且
从而
所以为直角三角形
所以
又
所以平面
。
(2)以O为坐标原点,射线分别为x轴、y轴的正半轴,建立如图的空间直角坐标系
设
则
的中点
∴
故等于二面角
的平面角
所以二面角的余弦值为
。
如图,在四棱锥P-ABCD中,PA⊥平面ABCD,底面ABCD是菱形,AB=2,∠BAD=60°,
(Ⅰ)求证:BD⊥平面PAC;
(Ⅱ)若PA=AB,求PB与AC所成角的余弦值;
(Ⅲ)当平面PBC与平面PDC垂直时,求PA的长。
正确答案
(Ⅰ)证明:因为四边形ABCD是菱形,
所以AC⊥BD,
又因为PA⊥平面ABCD,
所以PA⊥BD,
所以BD⊥平面PAC。
(Ⅱ)解:设AC∩BD=O,
因为∠BAD=60°,PA=PB=2,
所以BO=1,AO=CO=,
如图,以O为坐标原点,建立空间直角坐标系O-xyz,
则 P(0,,2),A(0,
,0),B(1,0,0),
C(0,,0),
所以,
设PB与AC所成角为θ,
则;
(Ⅲ)解:由(Ⅱ)知,
设P(0,,t)(t>0),
则,
设平面PBC的法向量m=(x,y,z),
则,
所以,
令,
则,
所以,
同理,平面PDC的法向量,
因为平面PCB⊥平面PDC,
所以=0,
即,
解得t=,
所以PA=。
扫码查看完整答案与解析