- 用向量方法解决线线、线面、面面的夹角问题
- 共2973题
如图,四边形ABCD是边长为2的正方形,MD⊥平面ABCD,NB∥MD,且NB=1,MD=2;
(Ⅰ)求证:AM∥平面BCN;
(Ⅱ)求AN与平面MNC所成角的正弦值;
(Ⅲ)E为直线MN上一点,且平面ADE⊥平面MNC,求的值.
正确答案
(本题14分)解:(Ⅰ)证明:∵ABCD是正方形,
∴BC∥AD.∵BC⊄平面AMD,AD⊂平面AMD,
∴BC∥平面AMD.
∵NB∥MD,∵NB⊄平面AMD,MD⊂平面AMD,
∴NB∥平面AMD.
∵NB∩BC=B,NB⊂平面BCN,BC⊂平面BCN,
∴平面AMD∥平面BCN…(3分)
∵AM⊂平面AMD,
∴AM∥平面BCN…(4分)
(也可建立直角坐标系,证明AM垂直平面BCN的法向量,酌情给分)
(Ⅱ)∵MD⊥平面ABCD,ABCD是正方形,所以,可选点D为原点,DA,DC,DM所在直线分别为x,y,z轴,建立空间直角坐标系(如图)…(5分)
则A(2,0,0),M(0,0,2),C(0,2,0),N(2,2,1).∴
,…(6分)
,
,
设平面MNC的法向量,
则,令z=2,则
,…(7分)
设AN与平面MNC所成角为θ,∴.…(9分)
(Ⅲ)设E(x,y,z),,∴
,
又∵,
∴E点的坐标为(2λ,2λ,2-λ),…(11分)
∵AD⊥面MDC,∴AD⊥MC,欲使平面ADE⊥平面MNC,只要AE⊥MC,
∵,
,
∵∴4λ-2(2-λ)=0,
∴,
所以.…(14分)
解析
(本题14分)解:(Ⅰ)证明:∵ABCD是正方形,
∴BC∥AD.∵BC⊄平面AMD,AD⊂平面AMD,
∴BC∥平面AMD.
∵NB∥MD,∵NB⊄平面AMD,MD⊂平面AMD,
∴NB∥平面AMD.
∵NB∩BC=B,NB⊂平面BCN,BC⊂平面BCN,
∴平面AMD∥平面BCN…(3分)
∵AM⊂平面AMD,
∴AM∥平面BCN…(4分)
(也可建立直角坐标系,证明AM垂直平面BCN的法向量,酌情给分)
(Ⅱ)∵MD⊥平面ABCD,ABCD是正方形,所以,可选点D为原点,DA,DC,DM所在直线分别为x,y,z轴,建立空间直角坐标系(如图)…(5分)
则A(2,0,0),M(0,0,2),C(0,2,0),N(2,2,1).∴
,…(6分)
,
,
设平面MNC的法向量,
则,令z=2,则
,…(7分)
设AN与平面MNC所成角为θ,∴.…(9分)
(Ⅲ)设E(x,y,z),,∴
,
又∵,
∴E点的坐标为(2λ,2λ,2-λ),…(11分)
∵AD⊥面MDC,∴AD⊥MC,欲使平面ADE⊥平面MNC,只要AE⊥MC,
∵,
,
∵∴4λ-2(2-λ)=0,
∴,
所以.…(14分)
设直线l与平面α相交,且l的方向向量为,α的法向量为
,若<
,
>=
,则l与α所成的角为( )
正确答案
解析
解:∵线面角的范围是[0,],又<
,
>=
,则l与α所成的角为
.
故选C.
如图,已知PA⊥平面ABC,且
,等腰直角三角形ABC中,AB=BC=1,AB⊥BC,AD⊥PB于D,AE⊥PC于E.
(1)求证:PC⊥平面ADE;
(2)求直线AB与平面ADE所成角的大小.
正确答案
解:(1)证明:因为PA⊥平面ABC,
所以PA⊥BC,又AB⊥BC,且PA∩AB=A,
所以BC⊥平面PAB,从而BC⊥AD.…(3分)
又AD⊥PB,BC∩PB=B,所以AD⊥平面PBC,得PC⊥AD,
又PC⊥AE,所以PC⊥平面ADE.…(6分)
(2)在平面PBC上,过点B作BF平行于PC交ED延长线于点F,连接AF,
因为PC⊥平面ADE,
所以BF⊥平面ADE,∠BAF为直线AB和平面ADE所成的角.…(9分)
在三角形PBC中,PD=,则BD=
,得BF=
.
在Rt△BFA中,,
所以直线AB与平面ADE所成的角为30°.…(12分)
另解:过点B作BZ∥AP,则BZ⊥平面ABC,如图所示,分别以BA,BC,BZ所在直线为x轴,y轴,z轴建立空间直角坐标系.则A(1,0,0),C(0,1,0),P(1,0,),因为PC⊥平面ADE,设向量
所成的角为θ,
则,
则直线AB与平面ADE所成的角为30°.…(12分)
解析
解:(1)证明:因为PA⊥平面ABC,
所以PA⊥BC,又AB⊥BC,且PA∩AB=A,
所以BC⊥平面PAB,从而BC⊥AD.…(3分)
又AD⊥PB,BC∩PB=B,所以AD⊥平面PBC,得PC⊥AD,
又PC⊥AE,所以PC⊥平面ADE.…(6分)
(2)在平面PBC上,过点B作BF平行于PC交ED延长线于点F,连接AF,
因为PC⊥平面ADE,
所以BF⊥平面ADE,∠BAF为直线AB和平面ADE所成的角.…(9分)
在三角形PBC中,PD=,则BD=
,得BF=
.
在Rt△BFA中,,
所以直线AB与平面ADE所成的角为30°.…(12分)
另解:过点B作BZ∥AP,则BZ⊥平面ABC,如图所示,分别以BA,BC,BZ所在直线为x轴,y轴,z轴建立空间直角坐标系.则A(1,0,0),C(0,1,0),P(1,0,),因为PC⊥平面ADE,设向量
所成的角为θ,
则,
则直线AB与平面ADE所成的角为30°.…(12分)
若O为坐标原点,,
,
,则线段AB的中点到C的距离为______.
正确答案
解析
解:∵,
,
∴设线段AB的中点为M,则=
=(2,
,3),
可得M坐标为(2,,3),
∵,得点C坐标为(0,1,0),
∴||=
=
.
即线段AB的中点到C的距离为.
故答案为:
如图所示,在三棱柱ABC-A1B1C1中,AA1⊥底面ABC,AB=BC=AA1,∠ABC=90°,点E、F分别是棱AB、BB1的中点,则直线EF和BC1的夹角是______.
正确答案
解析
解:如图所示,建立空间直角坐标系.
由于AB=BC=AA1,不妨取AB=2,
则E(0,1,0),F(0,0,1),C1(2,0,2).
∴=(0,-1,1),
=(2,0,2).
∴=
=
=
.
∴异面直线EF和BC1的夹角为.
故答案为:.
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