- 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,ABCD-A1B1C1D1是长方体,已知AB=3,AD=4,AA1=2,M是棱A1D1的中点,求直线AM与平面BB1D1D所成角的正弦值.
正确答案
解:以D为坐标原点,DA,DC,DD1为坐标轴,建立O-xyz坐标系,
则,
,
,
设平面BDD1B1的一个法向量为=(x,y,z)
由,可得z=0,令x=3,则y=-4,
可得平面BB1D1D的一个法向量=(3,-4,0),∴
.
设直线AM与平面BB1D1D所成的角是θ,则sinθ==
=
=
.
故直线AM与平面BB1D1D所成角的正弦值是.
解析
解:以D为坐标原点,DA,DC,DD1为坐标轴,建立O-xyz坐标系,
则,
,
,
设平面BDD1B1的一个法向量为=(x,y,z)
由,可得z=0,令x=3,则y=-4,
可得平面BB1D1D的一个法向量=(3,-4,0),∴
.
设直线AM与平面BB1D1D所成的角是θ,则sinθ==
=
=
.
故直线AM与平面BB1D1D所成角的正弦值是.
如图,已知四棱锥E-ABCD的底面为菱形,且∠ABC=60°,AB=EC=2,AE=BE=
.
(I)求证:平面EAB⊥平面ABCD;
(Ⅱ)求直线AE与平面CDE所成角的正弦值.
正确答案
(I)证明:取AB的中点为O.
∵AE=BE=,AB=2,
∴△AEB为等腰直角三角形
∴EO⊥AB,EO=1
∵AB=BC,∠ABC=60°
∴△ACB是等边三角形,∴CO=
∵EC=2
∴EC2=EO2+CO2
∴EO⊥C0,
∵CO∩AB=O
∴EO⊥平面ABCD,
∵EO⊂平面EAB,
∴平面EAB⊥平面ABCD;
(Ⅱ)以AB中点O为坐标原点,分别以OC,OB,OE所在直线为x轴、y轴、z轴,建立如图所示的空间直角坐标系,则A(0,-1,0),C(,0,0),D(
,-2,0),E(0,0,1)
∴
设平面CDE的法向量=(x,y,z),则由
,可得
∴可取=
设直线AE与平面CDE所成角为θ,则sinθ==
=
∴直线AE与平面CDE所成角的正弦值是.
解析
(I)证明:取AB的中点为O.
∵AE=BE=,AB=2,
∴△AEB为等腰直角三角形
∴EO⊥AB,EO=1
∵AB=BC,∠ABC=60°
∴△ACB是等边三角形,∴CO=
∵EC=2
∴EC2=EO2+CO2
∴EO⊥C0,
∵CO∩AB=O
∴EO⊥平面ABCD,
∵EO⊂平面EAB,
∴平面EAB⊥平面ABCD;
(Ⅱ)以AB中点O为坐标原点,分别以OC,OB,OE所在直线为x轴、y轴、z轴,建立如图所示的空间直角坐标系,则A(0,-1,0),C(,0,0),D(
,-2,0),E(0,0,1)
∴
设平面CDE的法向量=(x,y,z),则由
,可得
∴可取=
设直线AE与平面CDE所成角为θ,则sinθ==
=
∴直线AE与平面CDE所成角的正弦值是.
如图,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD为直角梯形,AD∥BC,∠ADC=90°,平面PAD⊥底面ABCD,Q为AD的中点,M是棱PC上的点,PA=PD=2,
,
,二面角M-BO-C的大小为30°.
(Ⅰ)求证:平面POB⊥平面PAD;
(Ⅱ)求直线BM与CD所成角的余弦值.
正确答案
解答:解:(Ⅰ)证明:∵AD∥BC,BC=
AD,O为AD的中点,
∴四边形BCDO为平行四边形,
∴CD∥BO.
∵∠ADC=90°
∴∠AOB=90° 即OB⊥AD.
又∵平面PAD⊥平面ABCD
且平面PAD∩平面ABCD=AD,
∴BO⊥平面PAD.
∵BO⊂平面POB,
∴平面POB⊥平面PAD.
(Ⅱ)∵PA=PD,O为AD的中点,∴PO⊥AD.
∵平面PAD⊥平面ABCD,且平面PAD∩平面ABCD=AD,∴PO⊥平面ABCD.
(不证明PO⊥平面ABCD直接建系扣1分)
如图,以O为原点建立空间直角坐标系.
则平面BOC的法向量为;O(0,0,0),
,
,
.
设M(x,y,z),
则,
,
∵,
∴,
∴,
在平面MBO中,,
,
∴平面MBO法向量为.
∵二面角M-BO-C为30°,,
∴t=3.
,
=
=
,
=
cos∠OBM==|
|=
.
解析
解答:解:(Ⅰ)证明:∵AD∥BC,BC=
AD,O为AD的中点,
∴四边形BCDO为平行四边形,
∴CD∥BO.
∵∠ADC=90°
∴∠AOB=90° 即OB⊥AD.
又∵平面PAD⊥平面ABCD
且平面PAD∩平面ABCD=AD,
∴BO⊥平面PAD.
∵BO⊂平面POB,
∴平面POB⊥平面PAD.
(Ⅱ)∵PA=PD,O为AD的中点,∴PO⊥AD.
∵平面PAD⊥平面ABCD,且平面PAD∩平面ABCD=AD,∴PO⊥平面ABCD.
(不证明PO⊥平面ABCD直接建系扣1分)
如图,以O为原点建立空间直角坐标系.
则平面BOC的法向量为;O(0,0,0),
,
,
.
设M(x,y,z),
则,
,
∵,
∴,
∴,
在平面MBO中,,
,
∴平面MBO法向量为.
∵二面角M-BO-C为30°,,
∴t=3.
,
=
=
,
=
cos∠OBM==|
|=
.
如图,四棱锥P-ABCD中,底面ABCD为矩形,PD⊥底面ABCD,AD=PD=1,AB=2a(a>0),E,F分别CD、PB的中点.
(Ⅰ)求证:EF⊥平面PAB;,
(Ⅱ)当时,求AC与平面AEF所成角的正弦值.
正确答案
解:(Ⅰ)证明:建立如图所示的空间直角坐标系Dxyz(如图),
AD=1,PD=1,AB=2a(a>0),
则E(a,0,0),C(2a,0,0),A(0,1,0),B(2a,1,0),P(0,0,1),.得
,
,
由,得
,即EF⊥AB
同理EF⊥PB,又AB∩PB=B
所以,EF⊥平面PAB
(Ⅱ)解:由,得
,
,
.
有,
,
设平面AEF的法向量为n=(x,y,1),由,解得
.于是
设AC与面AEF所成的角为θ,与n的夹角为
.
则.
所以,AC与平面AEF所成角的大小的正弦值为
解析
解:(Ⅰ)证明:建立如图所示的空间直角坐标系Dxyz(如图),
AD=1,PD=1,AB=2a(a>0),
则E(a,0,0),C(2a,0,0),A(0,1,0),B(2a,1,0),P(0,0,1),.得
,
,
由,得
,即EF⊥AB
同理EF⊥PB,又AB∩PB=B
所以,EF⊥平面PAB
(Ⅱ)解:由,得
,
,
.
有,
,
设平面AEF的法向量为n=(x,y,1),由,解得
.于是
设AC与面AEF所成的角为θ,与n的夹角为
.
则.
所以,AC与平面AEF所成角的大小的正弦值为
如图,三棱柱ABC-A1B1C1中,侧面AA1C1C⊥底面ABC,AA1=A1C=AC=2,AB=BC,且AB⊥BC,O为AC中点.
(Ⅰ)证明:A1O⊥平面ABC;
(Ⅱ)求直线A1C与平面A1AB所成角的正弦值.
正确答案
(Ⅰ)证明:因为A1A=A1C,且O为AC的中点,
所以A1O⊥AC.…(1分)
又由题意可知,平面AA1C1C⊥平面ABC,平面AA1C1C∩平面ABC=AC,且A1O⊂平面AA1C1C
∴A1O⊥平面ABC;
(Ⅱ)解:如图,以O为原点,OB,OC,A1所在直线分别为x,y,z轴建立空间直角坐标系,由题意可知A1A=A1C=AC=2,
∵AB=BC,AB⊥BC
∴OB=
∴O(0,0,0),A(0,-1,0),A1(0,0,),C(0,1,0),C1(0,2,
),B(1,0,0)
则有:.…(6分)
设平面AA1B的一个法向量为=(x,y,z),则有
,∴
,
令y=1,得,所以
.…(7分)
∴.…(9分)
因为直线A1C与平面A1AB所成角θ和向量n与所成锐角互余,所以
.…(10分)
解析
(Ⅰ)证明:因为A1A=A1C,且O为AC的中点,
所以A1O⊥AC.…(1分)
又由题意可知,平面AA1C1C⊥平面ABC,平面AA1C1C∩平面ABC=AC,且A1O⊂平面AA1C1C
∴A1O⊥平面ABC;
(Ⅱ)解:如图,以O为原点,OB,OC,A1所在直线分别为x,y,z轴建立空间直角坐标系,由题意可知A1A=A1C=AC=2,
∵AB=BC,AB⊥BC
∴OB=
∴O(0,0,0),A(0,-1,0),A1(0,0,),C(0,1,0),C1(0,2,
),B(1,0,0)
则有:.…(6分)
设平面AA1B的一个法向量为=(x,y,z),则有
,∴
,
令y=1,得,所以
.…(7分)
∴.…(9分)
因为直线A1C与平面A1AB所成角θ和向量n与所成锐角互余,所以
.…(10分)
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