- 用向量方法解决线线、线面、面面的夹角问题
- 共2973题
已知直线l上有两定点A、B,线段AC⊥l,BD⊥l,AC=BD=a且AC与BD成120°角,求AB与CD间的距离.
正确答案
解法一:在面ABC内过B作BE⊥l于B,且BE=AC,则ABEC为矩形.
∴AB∥CE.
∴AB∥平面CDE.
则AB与CD的距离即为B到DE的距离.
过B作BF⊥DE于F,易求BF=a.
解法二:建系如图,
则A(0,0,b),C(-a,
a,a),D(a,0,0),
设AB与CD的公垂线的一个方向向量=(x,y,z),
利用•
=0,
•
=0,
求出,则d=
=
a.
解析
解法一:在面ABC内过B作BE⊥l于B,且BE=AC,则ABEC为矩形.
∴AB∥CE.
∴AB∥平面CDE.
则AB与CD的距离即为B到DE的距离.
过B作BF⊥DE于F,易求BF=a.
解法二:建系如图,
则A(0,0,b),C(-a,
a,a),D(a,0,0),
设AB与CD的公垂线的一个方向向量=(x,y,z),
利用•
=0,
•
=0,
求出,则d=
=
a.
如图所示多面体中,AD⊥平面PDC,ABCD为平行四边形,E为AD的中点,F为线段BP上一点,∠CDP=120°,AD=3,AP=5,PC=
.
(Ⅰ)若F为BP的中点,求证:EF∥平面PDC;
(Ⅱ)若BF=BP,求直线AF与平面PBC所成角的正弦值.
正确答案
(Ⅰ)证明:取PC的中点为O,连FO,DO,
∵F,O分别为BP,PC的中点,
∴FO∥BC,且FO=BC,
又ABCD为平行四边形,∴ED∥BC,且ED=BC,
∴FO∥ED,且FO=ED
∴四边形EFOD是平行四边形------------------------------------(2分)
∴EF∥DO
∵EF⊄平面PDC
∴EF∥平面PDC.---------------------------------------------(4分)
(Ⅱ)解:以DC为x轴,过D点做CP的垂线为y轴,DA为z轴建立空间直角坐标系,
则有D(0,0,0),C(2,0,0),B(2,0,3),P(-2,2,0),A(0,0,3)-----(6分)
设F(x,y,z),则=
=(-
)
∴F(),∴
-----------------------------(8分)
设平面PBC的法向量为
则,即
,∴取y=1得
--------------(10分)
∴cos=
=
=
∴AF与平面PBC所成角的正弦值为.-------------------------(12分)
解析
(Ⅰ)证明:取PC的中点为O,连FO,DO,
∵F,O分别为BP,PC的中点,
∴FO∥BC,且FO=BC,
又ABCD为平行四边形,∴ED∥BC,且ED=BC,
∴FO∥ED,且FO=ED
∴四边形EFOD是平行四边形------------------------------------(2分)
∴EF∥DO
∵EF⊄平面PDC
∴EF∥平面PDC.---------------------------------------------(4分)
(Ⅱ)解:以DC为x轴,过D点做CP的垂线为y轴,DA为z轴建立空间直角坐标系,
则有D(0,0,0),C(2,0,0),B(2,0,3),P(-2,2,0),A(0,0,3)-----(6分)
设F(x,y,z),则=
=(-
)
∴F(),∴
-----------------------------(8分)
设平面PBC的法向量为
则,即
,∴取y=1得
--------------(10分)
∴cos=
=
=
∴AF与平面PBC所成角的正弦值为.-------------------------(12分)
如图,在三棱锥C-OAB中,OA⊥OB,CB⊥平面OAB,OA=2,OB=4,BC=6,M为AC的中点,求:
(1)直线OM与AB所成角的余弦值;
(2)直线AB与平面OAC所成角的正弦值.
正确答案
解:(1)建立如图所示的坐标系,有O(0,0,0),A(2,0,0),
B(0,4,0),C(0,4,6),M(1,2,3)
∴,
∴=-2+8+0=6
∴cos<>=
=
(2)设平面OAC的法向量为,
则,
∴2a=0,
4b+6c=0,
∴
设直线AB与平面OAC所成的角是θ,
∴sinθ=|cos<>=
解析
解:(1)建立如图所示的坐标系,有O(0,0,0),A(2,0,0),
B(0,4,0),C(0,4,6),M(1,2,3)
∴,
∴=-2+8+0=6
∴cos<>=
=
(2)设平面OAC的法向量为,
则,
∴2a=0,
4b+6c=0,
∴
设直线AB与平面OAC所成的角是θ,
∴sinθ=|cos<>=
如图,四棱锥S-ABCD的底面是矩形,AB=a,AD=2,SA=1,且SA⊥底面ABCD,若边BC上存在异于B,C的一点P,使得
.
(1)求a的最大值;
(2)当a取最大值时,求异面直线AP与SD所成角的大小;
(3)当a取最大值时,求平面SCD的一个单位法向量及点P到平面SCD的距离.
正确答案
解:建立如图所示的空间直角坐标系,则各点坐标分别为:
A(0,,0,0),B(a,0,0),C(a,2,0),D(0,2,0),S(0,0,1),设P(a,x,0).(0<x<2)
(1)∵,
∴由得:a2-x(2-x)=0
即:a2=x(2-x)(0<x<2)
∴当且仅当x=1时,a有最大值为1.此时P为BC中点;
(2)由(1)知:,
∴,
∴异面直线AP与SD所成角的大小为.
(3)设是平面SCD的一个法向量,∵
,
∴由得
,
∴平面SCD的一个单位法向量,
又,在
方向上的投影为
,
∴点P到平面SCD的距离为.
解析
解:建立如图所示的空间直角坐标系,则各点坐标分别为:
A(0,,0,0),B(a,0,0),C(a,2,0),D(0,2,0),S(0,0,1),设P(a,x,0).(0<x<2)
(1)∵,
∴由得:a2-x(2-x)=0
即:a2=x(2-x)(0<x<2)
∴当且仅当x=1时,a有最大值为1.此时P为BC中点;
(2)由(1)知:,
∴,
∴异面直线AP与SD所成角的大小为.
(3)设是平面SCD的一个法向量,∵
,
∴由得
,
∴平面SCD的一个单位法向量,
又,在
方向上的投影为
,
∴点P到平面SCD的距离为.
如图在直三棱柱ABC-A1B1C1中,棱AB,BC,BB1两两垂直且长度相等,点P在线段A1C1上运动,异面直线BP与B1C所成的角为θ,则θ的取值范围是( )
正确答案
解析
解:建立如图所示的空间直角坐标系,设棱长为1,
则B(0,0,0),C(0,1,0),B1(0,0,1)
设P(-a,1-a,1)(0<a≤1),则=(-a,1-a,1),
=(0,1,-1)
∴cosθ=||=|
|=
≤
∵
∴
∴θ的取值范围是.
故选C.
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