- 用向量方法解决线线、线面、面面的夹角问题
- 共2973题
如图,矩形ABCD和矩形BCEF所在平面互相垂直,G为边BF上一点,∠CGE=90°,
,GE=2.
(1)求证:直线AG∥平面DCE;
(2)当AB=时,求直线AE与面ABF所成的角.
正确答案
解:(1)证明:∵矩形ABCD和矩形BCEF
∴AB∥DC,BF∥CE
∴平面ABF∥平面DCE
∵AG⊂平面ABF
∴直线AG∥平面DCE;
(2)∵EF⊥AF,EF⊥AB
∴EF⊥平面ABF
∴∠EAF为直线AE与面ABF所成的角.
设BG=x,则x2+3+4=(x+1)2
∴x=3,∴BF=4,∴
∴
∴
解析
解:(1)证明:∵矩形ABCD和矩形BCEF
∴AB∥DC,BF∥CE
∴平面ABF∥平面DCE
∵AG⊂平面ABF
∴直线AG∥平面DCE;
(2)∵EF⊥AF,EF⊥AB
∴EF⊥平面ABF
∴∠EAF为直线AE与面ABF所成的角.
设BG=x,则x2+3+4=(x+1)2
∴x=3,∴BF=4,∴
∴
∴
如图1,在等腰△ABC中,∠A=90°,BC=6,D,E分别是AC,AB上的点,
,O为BC的中点.将△ADE沿DE折起,得到如图2所示的四棱锥A′-BCDE,其中
.
(1)证明:A′O⊥平面BCDE;
(2)求A′D与平面A′BC所成角的正弦值.
正确答案
解:(1)在图1中,易得
连结OD,OE,在△OCD中,
由余弦定理可得
由翻折不变性可知,
∴A‘O2+OD2=A'D2,
∴A'O⊥OD.
同理可证A'O⊥OE,
又OD∩OE=O,
∴A'O⊥平面BCDE.
(2)过D作DH⊥BC交OC的延长线于H,连结A'H,
∵A'O⊥平面BCDE,A'O⊂面A'BC,
∴面A'BC⊥面BCDE,
∴DH⊥面A'BC,
∴∠DA'H即为A'D与平面A'BC所成角.
又DH=1,,
∴A'D与平面A'BC所成角的正弦值为
.
解析
解:(1)在图1中,易得
连结OD,OE,在△OCD中,
由余弦定理可得
由翻折不变性可知,
∴A‘O2+OD2=A'D2,
∴A'O⊥OD.
同理可证A'O⊥OE,
又OD∩OE=O,
∴A'O⊥平面BCDE.
(2)过D作DH⊥BC交OC的延长线于H,连结A'H,
∵A'O⊥平面BCDE,A'O⊂面A'BC,
∴面A'BC⊥面BCDE,
∴DH⊥面A'BC,
∴∠DA'H即为A'D与平面A'BC所成角.
又DH=1,,
∴A'D与平面A'BC所成角的正弦值为
.
如图,直三棱柱ABC-A1B1C1中,已知∠ABC=90°,AB=a,BC=b,BB1=c,M、N分别是B1C1和AC的中点,求直线MN与底面ABC的夹角的正弦值(或余弦值).
正确答案
解:由题意分别以BA,BC,BB1所在直线为x,y,z轴,建立空间直角坐标系,
则平面ABC的一个法向量为=(0,0,c),M(0,
,c),N(
,0),所以
,
cos<>=
,
所以直线MN与底面ABC的夹角的正弦值为.
解析
解:由题意分别以BA,BC,BB1所在直线为x,y,z轴,建立空间直角坐标系,
则平面ABC的一个法向量为=(0,0,c),M(0,
,c),N(
,0),所以
,
cos<>=
,
所以直线MN与底面ABC的夹角的正弦值为.
如图,三棱柱ABC-A1B1C1,侧棱与底面垂直,P,Q分别是棱BB1,CC1上的点,AB⊥A1Q,
.
(1)求证:AC⊥A1P;
(2)若M是△A1PQ的重心,AM⊥面A1PQ,求平面A1PQ与面BCC1B1所成角(锐角)的余弦值.
正确答案
解:(1)由已知AA1⊥AB,又AB⊥A1Q,∵AB⊥面AA1C1C,∴AB⊥AC,
又∵AC⊥AA1,∴AC⊥面AA1B1B,∴AC⊥A1P
(2)以AB为x轴,AC为y轴,AA1为z轴,建立空间直角坐标系A-xyz,
设BP=z1,CQ=z2,则,A(0,0,0)
又M是△A1PQ的重心,可得M
∴,
又
∵,
∴得
或
(舍)
∴面A1PQ的法向量为,
又面BB1C1C的一个法向量是
∴面A1PQ与面BCC1B1夹角θ的余弦值.
解析
解:(1)由已知AA1⊥AB,又AB⊥A1Q,∵AB⊥面AA1C1C,∴AB⊥AC,
又∵AC⊥AA1,∴AC⊥面AA1B1B,∴AC⊥A1P
(2)以AB为x轴,AC为y轴,AA1为z轴,建立空间直角坐标系A-xyz,
设BP=z1,CQ=z2,则,A(0,0,0)
又M是△A1PQ的重心,可得M
∴,
又
∵,
∴得
或
(舍)
∴面A1PQ的法向量为,
又面BB1C1C的一个法向量是
∴面A1PQ与面BCC1B1夹角θ的余弦值.
在Rt△AOB中,
,斜边AB=4.Rt△AOB以直线AO为轴旋转得到Rt△AOC,且二面角B-AO-C是直二面角.动点D在斜边AB上.
(1)求证:平面COD⊥平面AOB;
(2)当时,求异面直线AO与CD所成角的正切值;
(3)求CD与平面AOB所成最大角的正切值.
正确答案
(1)证明:由题意,CO⊥AO,BO⊥AO,
∴∠BOC是直二面角B-AO-C的平面角,…(2分)
∴CO⊥BO,
又∵AO∩BO=O,∴CO⊥平面AOB,
又CO⊂平面COD,
∴平面COD⊥平面AOB. …(4分)
(2)解:作DE⊥OB,垂足为E,连结CE,则DE∥AO,
∴∠CDE是异面直线AO与CD所成的角. …(6分)
在 Rt△COB中,易得CO=BO=2,,
∴.
又.
∴在Rt△CDE中,.
∴异面直线AO与CD所成角的正切值为. …(9分)
(3)解:由(1)知,CO⊥平面AOB,∴∠CDO是CD与平面AOB所成的角,且.
当OD最小时,∠CDO最大,…(11分)
这时,OD⊥AB,垂足为D,,
,
∴CD与平面AOB所成最大角的正切值为.…(14分)
解析
(1)证明:由题意,CO⊥AO,BO⊥AO,
∴∠BOC是直二面角B-AO-C的平面角,…(2分)
∴CO⊥BO,
又∵AO∩BO=O,∴CO⊥平面AOB,
又CO⊂平面COD,
∴平面COD⊥平面AOB. …(4分)
(2)解:作DE⊥OB,垂足为E,连结CE,则DE∥AO,
∴∠CDE是异面直线AO与CD所成的角. …(6分)
在 Rt△COB中,易得CO=BO=2,,
∴.
又.
∴在Rt△CDE中,.
∴异面直线AO与CD所成角的正切值为. …(9分)
(3)解:由(1)知,CO⊥平面AOB,∴∠CDO是CD与平面AOB所成的角,且.
当OD最小时,∠CDO最大,…(11分)
这时,OD⊥AB,垂足为D,,
,
∴CD与平面AOB所成最大角的正切值为.…(14分)
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