- 用向量方法解决线线、线面、面面的夹角问题
- 共2973题
如图,正方形ADEF与梯形ABCD所在的平面互相垂直,AD⊥CD,AB∥CD,AB=AD=2,CD=4,M为CE的中点,
(Ⅰ)求证:BM∥平面ADEF;
(Ⅱ)求证:平面BDE⊥平面BEC;
(Ⅲ)求平面BEC与平面ADEF所成锐二面角的余弦值。
正确答案
(Ⅰ)证明:取DE中点N,连结MN,AN,
在△EDC中,M,N分别为EC,ED的中点,
所以,
由已知AB∥CD,,
所以MN∥AB,且MN=AB,
所以四边形ABMN为平行四边形,
所以BM∥AN,
又因为,
所以BM∥平面ADEF。
(Ⅱ)证明:在正方形ADEF中,ED⊥AD,
又因为平面ADEF⊥平面ABCD,且平面,
所以ED⊥平面ABCD,所以ED⊥BC,
在直角梯形ABCD中,,
可得,
在△BCD中,,
所以BC⊥BD,
所以BC⊥平面BDE,
又因为
所以平面BDE⊥平面BEC。
(Ⅲ)解:由(Ⅱ)知ED⊥平面ABCD,且AD⊥CD,
以D为原点,DA,DC,DE所在直线为x,y,z轴,
建立空间直角坐标系,
,
平面ADEF的一个法向量为,
设为平面BEC 的一个法向量,
因为,
,
所以,
令x=1,得y=1,z=2,
所以为平面BEC的一个法向量,
设平面BEC与平面ADEF所成锐二面角为θ,
则,
所以平面BEC与平面ADEF所成锐二面角的余弦值为。
如图,在直三棱柱ABC-A1B1C1中,∠ACB=90°,∠BAC=30°,BC=1,A1A=,M是CC1的中点,
(1)求证:A1B⊥AM;
(2)求二面角B-AM-C的平面角的大小.
正确答案
解:以点C为原点,CB、CA、CC1所在直线为x、y、z轴,
建立空间直角坐标系C- xyz,如图所示,
则B(1,0,0),,
所以,
(1)因为,
所以A1B⊥AM。
(2)因为ABC-A1B1C1是直三棱柱,所以CC1⊥平面ABC,
又BC平面ABC,所以CC1⊥BC,
因为∠ACB=90°,即BC⊥AC,
所以BC⊥平面ACC1,即BC⊥平面AMC,
所以是平面AMC的一个法向量,
,
设n=(x,y,z)是平面BAM的一个法向量,
,
由,得
,
令z=2,得,所以
,
因为,
,
所以,
因此二面角B-AM-C的平面角的大小为45°.
如图,在多面体ABCDA1E中,底面ABCD为正方形,AA1⊥平面ABCD,CE⊥平面ABCD,AA1=2AB=4,且CE=λAA1,A1C⊥平面BED。
(1)求λ的值;
(2)求二面角A1-BD-E的余弦值。
正确答案
解:(1)以D为坐标原点,射线DA为x轴的正半轴,射线DC为y轴的正半轴,过D作平行于AA1的射线Dz为z轴的正半轴,建立如图所示的空间直角坐标系D-xyz,
依题设知D(0,0,0),B(2,2,0), C(0,2,0),A1(2,0,4)
∵
∴
∴
∵A1C⊥平面BED,
∴A1C⊥DE
∴
∴
∴。
(2)依题意可知是平面BED的一个法向量,
设向量n= (x,y,z)是平面DA1B的一个法向量
则
∴2x+2y=0,2x+4z=0,
令z=1,则x=-2,y=2,
∴n=(-2,2,1)
∴。
如图,ABCD-A1B1C1D1是棱长为6的正方体,E、F分别是棱AB、BC上的动点,且AE=BF,
(1)求证:A1F⊥C1E;
(2)当A1、E、F、C1共面时,
求:①D1到直线C1E的距离;
②面A1DE与面C1DF所成二面角的余弦值.
正确答案
(1)证明:以D为原点,DA、DC、DD1所在直线分别为x轴、y轴、z轴建立空间直角坐标系,
则,
设AE=m,则,
从而,
直接计算知,,
所以,。
(2)①,
所以,,
从而E、F分别是AB、BC的中点,
在中,
,
,
解得:。
②由①得,,设
平面的一个法向量为
,
依题意,
所以,,
同理平面的一个法向量为
,
由图知,面与面
所成二面角的余弦值
(即
)。
如图,已知正三棱柱 ABC-A'B'C' 的侧棱长为2 ,底面边长为1 ,M是BC的中点,在直线CC' 上是否存在一点N ,使得MN ⊥AB'? 若存在,请指出它的位置;若不存在,请说明理由.
正确答案
解:假设在直线CC'上存在一点N ,使得MNAB',
设CN
即
∴,
∴
即在直线CC'上存在一点N,当时,MN
AB'.
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