- 用向量方法解决线线、线面、面面的夹角问题
- 共2973题
如图所示,己知三棱柱ABC-A1B1C1的侧棱与底面垂直,AA1=AB=AC=1,AB⊥AC,M,N分别是CC1,BC的中点,P点在A1B1上,且满足
=λ
(λ∈R).
(I)证明:PN⊥AM;
(II)当λ取何值时,直线PN与平面ABC所成的角θ最大?并求出该最大角的正切值;
(III)在(II)条件下求P到平而AMN的距离.
正确答案
(Ⅰ) 证明:以AB,AC,AA1分别为x,y,z轴,建立空间直角坐标系A-xyz
则P(λ,0,1),N(,
,0),M(0,1,
)
∴,
=(0,1,
)
从而=
,∴PN⊥AM;
(Ⅱ)解:平面ABC的一个法向量为=(0,0,1),
则sinθ=|cos<,
>|=
=
而,当θ最大时,sinθ最大,tanθ最大,
故λ=时,sinθ取到最大值
时,tanθ=2.
(Ⅲ)解:设平面AMN的法向量为=(x,y,z)
由•
=0,
•
=0,得
,∴可取
=(1,-1,2)
∵=(
,0,1)
∴d==
.
解析
(Ⅰ) 证明:以AB,AC,AA1分别为x,y,z轴,建立空间直角坐标系A-xyz
则P(λ,0,1),N(,
,0),M(0,1,
)
∴,
=(0,1,
)
从而=
,∴PN⊥AM;
(Ⅱ)解:平面ABC的一个法向量为=(0,0,1),
则sinθ=|cos<,
>|=
=
而,当θ最大时,sinθ最大,tanθ最大,
故λ=时,sinθ取到最大值
时,tanθ=2.
(Ⅲ)解:设平面AMN的法向量为=(x,y,z)
由•
=0,
•
=0,得
,∴可取
=(1,-1,2)
∵=(
,0,1)
∴d==
.
在长方体ABCD-A1B1C1D1中,AB=4,BC=2,CC1=3,
(1)求点D1到平面BDE的距离;
(2)求直线A1B与平面BDE所成角的正弦值.
正确答案
解:(1)如图建立空间直角坐标系:
D(0,0,0),B(2,4,0),E(0,4,2),D1(0,0,3),
∴,
=(0,0,3)
设面DBE的法向量为,
由,
令y=1,则x=-2,z=-2.
.
(2)A1(2,0,3),B(2,4,0),
设 直线A1B与平面BDE所成的角为θ.
所以直线A1B与平面BDE所成角的正弦值为 .
解析
解:(1)如图建立空间直角坐标系:
D(0,0,0),B(2,4,0),E(0,4,2),D1(0,0,3),
∴,
=(0,0,3)
设面DBE的法向量为,
由,
令y=1,则x=-2,z=-2.
.
(2)A1(2,0,3),B(2,4,0),
设 直线A1B与平面BDE所成的角为θ.
所以直线A1B与平面BDE所成角的正弦值为 .
在空间直角坐标系中,已知点A(1,0,2),B(1,-3,1),点M在y轴上,且M到A与到B的距离相等,则M的坐标是______.
正确答案
(0,-1,0)
解析
解:设M(0,y,0)
由12+y2+4=1+(y+3)2+1
可得y=-1
故M(0,-1,0)
故答案为:(0,-1,0).
直三棱柱ABC-A1B1C1的底面为等腰直角三角形,∠BAC=90°,AB=AC=2,AA1=2
,E,F分别是BC、AA1的中点.
求:(1)异面直线EF和A1B所成的角.
(2)直三棱柱ABC-A1B1C1的体积.
正确答案
解:(1)方法一:取AB的中点D,连DE、DF,则DF∥A1B,
∴∠DFE(或其补角)即为所求.…(3分)
由题意易知,,DE=1,
由DE⊥AB、DE⊥A A1得DE⊥平面ABB1A1
∴DE⊥DF,即△EDF为直角三角形,…(3分)
∴
∴∠DFE=30°…(3分)
即异面直线EF和A1B所成的角为300. …(1分)
方法二:
以A为坐标原点以AB、AC、AA1所在直线分别x轴、y轴、
Z轴建立如图所示的直角坐标系,…(1分)
则A1 (o,o,2) B (2,0,0)
∵E、F分别是BC、AA1中点
∴E(1,1,0)F(0,0,) …(4分)
∴,
设的夹角为θ
∴cosθ=
∵0≤θ≤π
∴…(4分)
∴异面直线EF和A1B所成的角为…(1分)
(2)直三棱柱ABC-A1B1C1的体积
…(4分)
解析
解:(1)方法一:取AB的中点D,连DE、DF,则DF∥A1B,
∴∠DFE(或其补角)即为所求.…(3分)
由题意易知,,DE=1,
由DE⊥AB、DE⊥A A1得DE⊥平面ABB1A1
∴DE⊥DF,即△EDF为直角三角形,…(3分)
∴
∴∠DFE=30°…(3分)
即异面直线EF和A1B所成的角为300. …(1分)
方法二:
以A为坐标原点以AB、AC、AA1所在直线分别x轴、y轴、
Z轴建立如图所示的直角坐标系,…(1分)
则A1 (o,o,2) B (2,0,0)
∵E、F分别是BC、AA1中点
∴E(1,1,0)F(0,0,) …(4分)
∴,
设的夹角为θ
∴cosθ=
∵0≤θ≤π
∴…(4分)
∴异面直线EF和A1B所成的角为…(1分)
(2)直三棱柱ABC-A1B1C1的体积
…(4分)
已知正方体ABCD-A1B1C1D1的棱长为1,则直线DA1与AC间的距离为______.
正确答案
解析
解:设n=λ
+μ
+
是A1D和AC的公垂线段上的向量,
则n•=(λ
+μ
+
)•(
-
)=μ-1=0,∴μ=1.
又n•=(λ
+μ
+
)•(
+
)=λ+μ=0,∴λ=-1.
∴n=-+
+
.故所求距离为
d==|AA1•
|=
=
;
故答案为.
扫码查看完整答案与解析