- 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所在的平面与四边形ABEF所在的平面互相垂直,已知四边形ABEF为等腰梯形,点O为AB的中点,M为CD的中点,AB∥EF,AB=2,AF=EF=1.
(1)求证:平面DAF⊥平面CBF;
(2)若直线AM与平面CBF所成角的正弦值为,求AD的长.
正确答案
解:(1)过F作FG⊥AB,
∵四边形ABEF为等腰梯形,且AB=2,AF=EF=1,
∴AG=,∠BAF=60°,
∵余弦定理得BF=,
∴AF2+BF2=AB2,
即AF⊥BF,
∵矩形ABCD,∴BC⊥AB,
∵面ABCD⊥面ABEF,面ABCD∩面ABEF=AB,
∴BC⊥平面ABEF,
∵AF⊂平面ABEF,∴AF⊥BC,
∵BF∩BC=B,
∴AF⊥面CBF,
∵AF⊥面DAF,
∴平面DAF⊥平面CBF
(2)连结OC,则AM∥OC,
则直线OC与平面CBF所成的角即可为直线AM与CBF所成的角,
取BF的中点H,连结OH,
∵O,H分别是AB,BF的中点,∴OH∥AF,
由(1)知,AF⊥面CBF,
∴OH⊥面CBF,
即∠OCH即为所求角,
设AD=t,则OC=AM=,
则sin∠OCH=,解得t=2,
∴AD=2.
解析
解:(1)过F作FG⊥AB,
∵四边形ABEF为等腰梯形,且AB=2,AF=EF=1,
∴AG=,∠BAF=60°,
∵余弦定理得BF=,
∴AF2+BF2=AB2,
即AF⊥BF,
∵矩形ABCD,∴BC⊥AB,
∵面ABCD⊥面ABEF,面ABCD∩面ABEF=AB,
∴BC⊥平面ABEF,
∵AF⊂平面ABEF,∴AF⊥BC,
∵BF∩BC=B,
∴AF⊥面CBF,
∵AF⊥面DAF,
∴平面DAF⊥平面CBF
(2)连结OC,则AM∥OC,
则直线OC与平面CBF所成的角即可为直线AM与CBF所成的角,
取BF的中点H,连结OH,
∵O,H分别是AB,BF的中点,∴OH∥AF,
由(1)知,AF⊥面CBF,
∴OH⊥面CBF,
即∠OCH即为所求角,
设AD=t,则OC=AM=,
则sin∠OCH=,解得t=2,
∴AD=2.
已知ABCD-A1B1C1D1是底面边长为1的正四棱柱,高AA1=2,
求(1)异面直线BD与AB1所成角的大小(结果用反三角函数值表示).
(2)求点C到平面BDC1的距离及直线B1D与平面CDD1C1所成的角.
正确答案
解:(1)如图所示,建立空间直角坐标系.
则A1(0,0,0),B1(1,0,0),C1(1,1,0),D1(0,1,0),A(0,0,2),B(1,0,2),C(1,1,2),D(0,1,2),
∴,
=(1,0,-2).
∴=
=
=
.
∴异面直线BD与AB1所成角=.
(2)由(1)可知:,
.
设平面BDC1的法向量为,
则,即
,令z=1,则x=2,y=2.
∴.
∴点C到平面BDC1的距离d==
=
.
(3)由(1)可知:=(-1,1,2).
∵A1D1⊥平面CDD1C1,∴可取=(0,1,0)作为平面CDD1C1的法向量.
设直线B1D与平面CDD1C1所成的角为θ.
则sinθ==
=
=
.
解析
解:(1)如图所示,建立空间直角坐标系.
则A1(0,0,0),B1(1,0,0),C1(1,1,0),D1(0,1,0),A(0,0,2),B(1,0,2),C(1,1,2),D(0,1,2),
∴,
=(1,0,-2).
∴=
=
=
.
∴异面直线BD与AB1所成角=.
(2)由(1)可知:,
.
设平面BDC1的法向量为,
则,即
,令z=1,则x=2,y=2.
∴.
∴点C到平面BDC1的距离d==
=
.
(3)由(1)可知:=(-1,1,2).
∵A1D1⊥平面CDD1C1,∴可取=(0,1,0)作为平面CDD1C1的法向量.
设直线B1D与平面CDD1C1所成的角为θ.
则sinθ==
=
=
.
(2015•西安模拟)如图,已知正四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,底面边长AB=2,侧棱BB1的长为4,过点B作B1C的垂线交侧棱CC1于点E,交B1C于点F.
(Ⅰ)求证:A1C⊥平面BED;
(Ⅱ)求A1B与平面BDE所成的角的正弦值.
正确答案
解:( I)如图,以D为原点,DA、DC、DD1所在直线分别为x、y、z轴,
建立空间直角坐标系D-xyz如图所示,可得
D(0,0,0),A(2,0,0),B(2,2,0),C(0,2,0),
A1(2,0,4),B1(2,2,4),C1(0,2,4),D1(0,0,4)…(2分)
设E(0,2,t),则.
∵BE⊥B1C,
∴可得.解之得t=1,
∴E(0,2,1),且.
又∵,…(4分)
∴
且…(6分)
∴且
.
∵BD、BE是平面BDE内的相交直线.
∴平面BDE…(8分)
(Ⅱ)由(Ⅰ)所建的坐标系,得
是平面BDE的一个法向量,
又∵,
∴,
因此,可得A1B与平面BDE所成角的正弦值为…(12分)
解析
解:( I)如图,以D为原点,DA、DC、DD1所在直线分别为x、y、z轴,
建立空间直角坐标系D-xyz如图所示,可得
D(0,0,0),A(2,0,0),B(2,2,0),C(0,2,0),
A1(2,0,4),B1(2,2,4),C1(0,2,4),D1(0,0,4)…(2分)
设E(0,2,t),则.
∵BE⊥B1C,
∴可得.解之得t=1,
∴E(0,2,1),且.
又∵,…(4分)
∴
且…(6分)
∴且
.
∵BD、BE是平面BDE内的相交直线.
∴平面BDE…(8分)
(Ⅱ)由(Ⅰ)所建的坐标系,得
是平面BDE的一个法向量,
又∵,
∴,
因此,可得A1B与平面BDE所成角的正弦值为…(12分)
已知平面α∥β,A,C∈α,B,D∈β,AB⊥CD,且AB=2,直线AB与平面α所成的角为60°,则线段CD长的取值范围为( )
正确答案
解析
解:由题意,A在α平面,当A和C重合时,B、D在β平面上,A、B、D构成直角三角形,一内角为60°,此时CD最小为2;
当CD与两个面近似平行时,达到无限长.
∴线段CD长的取值范围为
故选C.
在矩形ABCD中,AB=3,AD=4,P在AD和DC上运动,设∠ABP=θ,将△ABP沿BP折起,使得二面角A-BP-C成直二面角,当θ为( )时,AC长最小.
正确答案
解析
解:过A作AH⊥BP于H,连CH,
∴AH⊥面BCP.∴在Rt△ABH中,AH=3sinθ,BH=3cosθ.
在△BHC中,CH2=(3cosθ)2+42-2×4×3cosθ×cos(90°-θ),
∴在Rt△ACH中,AC2=25-12sin2θ,∴θ=45°时,AC长最小;
故选B.
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