- 用向量方法解决线线、线面、面面的夹角问题
- 共2973题
如图,在多面体ABCDE中,CD⊥平面ABC,BE⊥平面ABC,且AC=BC=CD=1,
.
(1)求直线AD与平面ABC所成角的大小;
(2)求证:AC⊥平面BCDE;
(3)在AB上是否存在点F,使CF⊥AE?若存在,说明F点的位置,并证明;若不存在,说明理由.
正确答案
解:∵AC=BC=1,,∴AC⊥BC,
又由CD⊥平面ABC,可得CA,CB,CD两两垂直
以C为坐标原点,以CA,CB,CD分别为X,Y,Z轴正方向建立空间坐标系
则C(0,0,0),A(1,0,0),B(0,1,0),D(0,0,1),
(1)则=(-1,0,1),易得
=(0,0,1)为平面ABC的一个法向量
设直线AD与平面ABC所成角为θ
则sinθ==
故θ=45°
故直线AD与平面ABC所成角为45;
(2)由已知CD⊥平面ABC,
∴CD⊥AC,又由AC=BC=1,,∴AC⊥BC,
又∵AC∩BC=C
故AC⊥平面BCDE;
(3)取AB的中点F,即为所求,
连接CF,
由AC=BC,∴CF⊥AB
又∵BE⊥平面ABC,∴BE⊥CF
又∵AB∩BE=B
∴CF⊥平面ABE
又∵AE⊂平面ABE
∴CF⊥AE
解析
解:∵AC=BC=1,,∴AC⊥BC,
又由CD⊥平面ABC,可得CA,CB,CD两两垂直
以C为坐标原点,以CA,CB,CD分别为X,Y,Z轴正方向建立空间坐标系
则C(0,0,0),A(1,0,0),B(0,1,0),D(0,0,1),
(1)则=(-1,0,1),易得
=(0,0,1)为平面ABC的一个法向量
设直线AD与平面ABC所成角为θ
则sinθ==
故θ=45°
故直线AD与平面ABC所成角为45;
(2)由已知CD⊥平面ABC,
∴CD⊥AC,又由AC=BC=1,,∴AC⊥BC,
又∵AC∩BC=C
故AC⊥平面BCDE;
(3)取AB的中点F,即为所求,
连接CF,
由AC=BC,∴CF⊥AB
又∵BE⊥平面ABC,∴BE⊥CF
又∵AB∩BE=B
∴CF⊥平面ABE
又∵AE⊂平面ABE
∴CF⊥AE
如图,在直-棱柱ABO-A′B′O′中,OO′=4,OA=4,OB=3,∠AOB=90°,D是线段A′B′的中点,P是侧棱BB′上的一点,若OP⊥BD,求OP与底面AOB所成角的大小(结果用反三角函数值表示)
正确答案
解:如图,以O点为原点建立空间直角坐标系.
由题意,有B(3,0,0),.
设P(3,0,z),则,
.
∵BD⊥OP,∴.
.
∵BB′⊥平面AOB,
∴∠POB是OP与底面AOB所成的角.,
∴.
解析
解:如图,以O点为原点建立空间直角坐标系.
由题意,有B(3,0,0),.
设P(3,0,z),则,
.
∵BD⊥OP,∴.
.
∵BB′⊥平面AOB,
∴∠POB是OP与底面AOB所成的角.,
∴.
在直三棱柱ABC-A1B1C1中,AB=AC=1,∠BAC=90°,且异面直线A1B与B1C1所成的角等于60°.
(Ⅰ)求棱柱的高;
(Ⅱ)求B1C1与平面A1BC1所成的角的大小.
正确答案
解:(Ⅰ)由三棱柱ABC-A1B1C1是直三棱柱可知,AA1即为其高.
如图,因为BC∥B1C1,所以∠A1BC是异面直线A1B与B1C1所成的角或其补角.
连接A1C,因为AB=AC,所以.
在Rt△ABC中,由AB=AC=1,∠BAC=90°,可得.(3分)
又异面直线A1B与B1C1所成的角为60°,所以∠A1BC=60°,即△A1BC为正三角形.
于是.
在Rt△A1AB中,由,得AA1=1,即棱柱的高为1.(3分)
(Ⅱ)连接B1A,设B1A∩BA1=E,由(Ⅰ)知,B1A1=AA1=1,
所以矩形BAA1B1是正方形,所以B1E⊥A1B.(2分)
又由AC1⊥A1B1BA,得 A1C1⊥B1E,于是得B1E⊥平面A1BC1.
故∠B1C1E就是B1C1与平面A1BC1所成的角.(2分)
在Rt△A1B1C1中,由A1B1=A1C1=1,∠B1A1C1=90°,
可得.
在Rt△B1EC1中,由,
,
得,故∠B1C1E=30°.
因此B1C1与平面A1BC1所成的角30°. (3分)
解析
解:(Ⅰ)由三棱柱ABC-A1B1C1是直三棱柱可知,AA1即为其高.
如图,因为BC∥B1C1,所以∠A1BC是异面直线A1B与B1C1所成的角或其补角.
连接A1C,因为AB=AC,所以.
在Rt△ABC中,由AB=AC=1,∠BAC=90°,可得.(3分)
又异面直线A1B与B1C1所成的角为60°,所以∠A1BC=60°,即△A1BC为正三角形.
于是.
在Rt△A1AB中,由,得AA1=1,即棱柱的高为1.(3分)
(Ⅱ)连接B1A,设B1A∩BA1=E,由(Ⅰ)知,B1A1=AA1=1,
所以矩形BAA1B1是正方形,所以B1E⊥A1B.(2分)
又由AC1⊥A1B1BA,得 A1C1⊥B1E,于是得B1E⊥平面A1BC1.
故∠B1C1E就是B1C1与平面A1BC1所成的角.(2分)
在Rt△A1B1C1中,由A1B1=A1C1=1,∠B1A1C1=90°,
可得.
在Rt△B1EC1中,由,
,
得,故∠B1C1E=30°.
因此B1C1与平面A1BC1所成的角30°. (3分)
已知∠AOB=90°,C为空间中一点,且∠AOC=∠BOC=60°,则直线OC与平面AOB所成角的正弦值为______.
正确答案
解析
解:由对称性点C在平面AOB内的射影D必在∠AOB的平分线上
作DE⊥OA于E,连接CE则由三垂线定理CE⊥OE,
设DE=1,又∠COE=60°,CE⊥OE⇒OC=2,
所以,
因此直线OC与平面AOB所成角的正弦值.
将边长为a的正方形ABCD沿对角线AC折起,使得BD=a,则AD与平面ABC所成之角为______.
正确答案
45°
解析
解:如图,由题意知DE=BE=
a,BD=a
由勾股定理可得∠BED=90°,故△BDE面积是a2
又正方形的对角线互相垂直,且翻折后,AC与DE,BE仍然垂直,
故AE,CE分别是以面BDE为底的两个三角形的高
故三棱锥D-ABC的体积为×
a×
a2=
,
设点D到平面ABC的距离为h,则
∵三棱锥D-ABC的体积为h=
h,
∴═
h,
∴h=a,
设AD与平面ABC所成角为α,则sinα==
,
∴α=45°.
故答案为:45°.
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