- 用向量方法解决线线、线面、面面的夹角问题
- 共2973题
在正方体ABCD-A1B1C1D1中,点E、F分别是AB、BC的中点,求:A1C1与平面B1EF所成的角.
正确答案
解:如图所示,连接AC,则
∵点E、F分别是AB、BC的中点,
∴EF∥AC,
∵ACC1A1是平行四边形,
∴AC∥A1C1,
∴EF∥A1C1,
∵EF⊂平面B1EF,A1C1⊄平面B1EF,
∴A1C1∥平面B1EF,
∴A1C1与平面B1EF所成的角为0°.
解析
解:如图所示,连接AC,则
∵点E、F分别是AB、BC的中点,
∴EF∥AC,
∵ACC1A1是平行四边形,
∴AC∥A1C1,
∴EF∥A1C1,
∵EF⊂平面B1EF,A1C1⊄平面B1EF,
∴A1C1∥平面B1EF,
∴A1C1与平面B1EF所成的角为0°.
如图,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD为矩形,侧棱PA⊥底面ABCD,BC=2AB=2PA.点M在侧棱PC上,且CM=2MP.
(I)求直线AM与平面PCD所成角的正弦值;
(II)求二面角B-PC-D的大小.
正确答案
(本小题满分12分)
解:设BC=2AB=2PA=2.
(Ⅰ)过A作AN⊥PD于N,连接MN.
∵侧棱PA⊥面ABCD,
∴PA⊥CD.
又∵CD⊥AD,
∴CD⊥面PAD.
∴CD⊥AN.
∴AN⊥面PCD.
则∠AMN为直线AM与平面PCD所成的角. …(3分)
在△PAM中,AM==1.
在RT△PAD中,求得AN=.∴sin∠AMN=
=
.…(6分)
(Ⅱ)过B作BE⊥平面PCD于E,过点B作BF⊥PC于F.
连接EF,则EF⊥PC.
∴∠BFE为二面角B-PC-D的平面角的补角. …(8分)
在RT△PBC中,求得BF=.
由VP-BCD=VD-PAC,得,
解得BE=.…(10分)
在RT△AEF中,求得sin∠BFE=.
所以所求二面角的大小为.…(12分)
解析
(本小题满分12分)
解:设BC=2AB=2PA=2.
(Ⅰ)过A作AN⊥PD于N,连接MN.
∵侧棱PA⊥面ABCD,
∴PA⊥CD.
又∵CD⊥AD,
∴CD⊥面PAD.
∴CD⊥AN.
∴AN⊥面PCD.
则∠AMN为直线AM与平面PCD所成的角. …(3分)
在△PAM中,AM==1.
在RT△PAD中,求得AN=.∴sin∠AMN=
=
.…(6分)
(Ⅱ)过B作BE⊥平面PCD于E,过点B作BF⊥PC于F.
连接EF,则EF⊥PC.
∴∠BFE为二面角B-PC-D的平面角的补角. …(8分)
在RT△PBC中,求得BF=.
由VP-BCD=VD-PAC,得,
解得BE=.…(10分)
在RT△AEF中,求得sin∠BFE=.
所以所求二面角的大小为.…(12分)
如图,三棱锥P-ABC中,PB⊥底面ABC于B,∠BCA=90°,PB=BC=CA=
,点E,F分别是PC,PA的中点,求二面角A-BE-F的余弦值.
正确答案
解:如图,以BP所在直线为z轴,
BC所在直线y轴,建立空间直角坐标系,
则,
∵PB⊥平面ABC,∴PB⊥AC,
又AC⊥CB,∴AC⊥平面PBC,
∴AC⊥PC,∴EF⊥PC,
又BE⊥PC,∴PC⊥平面BEF.
而,
所以平面BEF的一个法向量,(4分)
设平面ABE的一个法向量,
则,则x:y:z=1:-1:1
取x=1,则平面AEF的一个法向量(8分)
∴,
∴二面角A-BE-F的平面角的余弦值为(10分)
解析
解:如图,以BP所在直线为z轴,
BC所在直线y轴,建立空间直角坐标系,
则,
∵PB⊥平面ABC,∴PB⊥AC,
又AC⊥CB,∴AC⊥平面PBC,
∴AC⊥PC,∴EF⊥PC,
又BE⊥PC,∴PC⊥平面BEF.
而,
所以平面BEF的一个法向量,(4分)
设平面ABE的一个法向量,
则,则x:y:z=1:-1:1
取x=1,则平面AEF的一个法向量(8分)
∴,
∴二面角A-BE-F的平面角的余弦值为(10分)
设α-MN-β是直二面角,A∈MN,AB⊂α,AC⊂β,∠BAN=∠CAN=45°,则∠BAC=______.
正确答案
60°
解析
解:过B作BD⊥MN于D,作DC⊥MN,则∠BDC为α-MN-β的平面角
因为α-MN-β是直二面角,所以BD⊥DC
设AD为t
因为∠BAN=∠CAN=45°,所以BD=CD=t
所以AB=AC=BC=t
所以∠BAC=60°
故答案为:60°
如图,在五面体P-ABCD中,底面ABCD是平行四边形,∠BAD=60°,AB=4,AD=2,PB=
,PD=
.
(1)求证:BD⊥平面PAD;
(2)若PD与底面ABCD成60°的角,试求二面角P-BC-A的大小.
正确答案
解 (1)由已知AB=4,AD=2,∠BAD=60°,
得BD2=AD2+AB2-2AD•ABcos60°=4+16-2×2×4×=12.
∴AB2=AD2+BD2,∴△ABD是直角三角形,
∠ADB=90°,即AD⊥BD.
在△PDB中,PD=,PB=
,BD=
,
∴PB2=PD2+BD2,故得PD⊥BD.
又PD∩AD=D,∴BD⊥平面PAD.
(2)∵BD⊥平面PAD,BD⊂平面ABCD,
∴平面PAD⊥平面ABCD.
作PE⊥AD于E,又PE⊂平面PAD,∴PE⊥平面ABCD,
∴∠PDE是PD与底面BCD所成的角,∴∠PDE=60°,
∴PE=PDsin60°=•
=
作EF⊥BC于F,连PF,则PF⊥BC,∴∠PFE是二面角P-BC-A的平面角.
又EF=BD=,∴在Rt△PEF中,
tan∠PFE==
=
.
故二面角P-BC-A的大小为arctan.
解析
解 (1)由已知AB=4,AD=2,∠BAD=60°,
得BD2=AD2+AB2-2AD•ABcos60°=4+16-2×2×4×=12.
∴AB2=AD2+BD2,∴△ABD是直角三角形,
∠ADB=90°,即AD⊥BD.
在△PDB中,PD=,PB=
,BD=
,
∴PB2=PD2+BD2,故得PD⊥BD.
又PD∩AD=D,∴BD⊥平面PAD.
(2)∵BD⊥平面PAD,BD⊂平面ABCD,
∴平面PAD⊥平面ABCD.
作PE⊥AD于E,又PE⊂平面PAD,∴PE⊥平面ABCD,
∴∠PDE是PD与底面BCD所成的角,∴∠PDE=60°,
∴PE=PDsin60°=•
=
作EF⊥BC于F,连PF,则PF⊥BC,∴∠PFE是二面角P-BC-A的平面角.
又EF=BD=,∴在Rt△PEF中,
tan∠PFE==
=
.
故二面角P-BC-A的大小为arctan.
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