- 用向量方法解决线线、线面、面面的夹角问题
- 共2973题
如图,该几何体由半圆柱体与直三棱柱构成,半圆柱体底面直径BC=4,AB=AC,∠BAC=90°,D为半圆弧
的中点,若异面直线BD和AB1所成角的大小为arccos
,求:
(1)该几何体的体积;
(2)直线AD与平面ACC1A1所成角的大小.
正确答案
解:连A1D,由题设知A1、D关于B1C对称,建立如图所示的空间直角坐标系,
设AA1=h,则A(0,0,0),B(0,2,0),B1(0,2
,h),
D(2,2
,h),
=(2
,0,h),
=(0,2
,h),
∵异面直线BD和AB1所成角的大小为arccos
∴
∴2h2+16=3h2,∴h=4,
(1)V=+
=
+
=16+8π.
(2)=(2
,2
,4),平面ACC1A1的法向量
=(0,1,0),
设直线AD与平面ACC1A1所成角为θ,则sinθ=,∴θ=
,
故直线AD与平面ACC1A1所成角的大小为.
解析
解:连A1D,由题设知A1、D关于B1C对称,建立如图所示的空间直角坐标系,
设AA1=h,则A(0,0,0),B(0,2,0),B1(0,2
,h),
D(2,2
,h),
=(2
,0,h),
=(0,2
,h),
∵异面直线BD和AB1所成角的大小为arccos
∴
∴2h2+16=3h2,∴h=4,
(1)V=+
=
+
=16+8π.
(2)=(2
,2
,4),平面ACC1A1的法向量
=(0,1,0),
设直线AD与平面ACC1A1所成角为θ,则sinθ=,∴θ=
,
故直线AD与平面ACC1A1所成角的大小为.
平面α的一个法向量=(1,-1,0),则y轴与平面α所成的角的大小为( )
正确答案
解析
解:设y轴与平面α所成的角的大小为θ,
∵在y轴上的单位向量=(0,1,0),平面α的一个法向量
=(1,-1,0),
∴sinθ=|cos<,
>|=|
|=
,
∴θ=.
故选:B.
如图,在多面体ABCDEF中,底面ABCD是边长为2的菱形,∠BAD=60°,四边形BDEF是矩形,平面BDEF⊥平面ABCD,BF=3,H是CF的中点.
(Ⅰ)求证:AC⊥平面BDEF;
(Ⅱ)求直线DH与平面BDEF所成角的正弦值;
(Ⅲ)求二面角H-BD-C的大小.
正确答案
(Ⅰ)证明:∵四边形ABCD是菱形,
∴AC⊥BD.
又∵平面BDEF⊥平面ABCD,平面BDEF∩平面ABCD=BD,
且AC⊂平面ABCD,
∴AC⊥平面BDEF;
(Ⅱ)解:设AC∩BD=O,取EF的中点N,连接ON,
∵四边形BDEF是矩形,O,N分别为BD,EF的中点,
∴ON∥ED,
∵ED⊥平面ABCD,
∴ON⊥平面ABCD,
由AC⊥BD,得OB,OC,ON两两垂直.
∴以O为原点,OB,OC,ON所在直线分别为x轴,y轴,z轴,如图建立空间直角坐标系.
∵底面ABCD是边长为2的菱形,∠BAD=60°,BF=3,
∴A(0,-,0),B(1,0,0),D(-1,0,0),E(-1,0,3),F(1,0,3),C(0,
,0),H(
,
,
)
∵AC⊥平面BDEF,
∴平面BDEF的法向量=(0,2
,0).
设直线DH与平面BDEF所成角为α,
∵=(
,
,
),
∴sinα=|cos<,
>|=|
|=
,
∴直线DH与平面BDEF所成角的正弦值为;
(Ⅲ)解:由(Ⅱ),得=(-
,
,
),
=(2,0,0).
设平面BDH的法向量为=(x,y,z),则
令z=1,得=(0,-
,1)
由ED⊥平面ABCD,得平面BCD的法向量为=(0,0,-3),
则cos<,
>=
=-
,
由图可知二面角H-BD-C为锐角,
∴二面角H-BD-C的大小为60°.
解析
(Ⅰ)证明:∵四边形ABCD是菱形,
∴AC⊥BD.
又∵平面BDEF⊥平面ABCD,平面BDEF∩平面ABCD=BD,
且AC⊂平面ABCD,
∴AC⊥平面BDEF;
(Ⅱ)解:设AC∩BD=O,取EF的中点N,连接ON,
∵四边形BDEF是矩形,O,N分别为BD,EF的中点,
∴ON∥ED,
∵ED⊥平面ABCD,
∴ON⊥平面ABCD,
由AC⊥BD,得OB,OC,ON两两垂直.
∴以O为原点,OB,OC,ON所在直线分别为x轴,y轴,z轴,如图建立空间直角坐标系.
∵底面ABCD是边长为2的菱形,∠BAD=60°,BF=3,
∴A(0,-,0),B(1,0,0),D(-1,0,0),E(-1,0,3),F(1,0,3),C(0,
,0),H(
,
,
)
∵AC⊥平面BDEF,
∴平面BDEF的法向量=(0,2
,0).
设直线DH与平面BDEF所成角为α,
∵=(
,
,
),
∴sinα=|cos<,
>|=|
|=
,
∴直线DH与平面BDEF所成角的正弦值为;
(Ⅲ)解:由(Ⅱ),得=(-
,
,
),
=(2,0,0).
设平面BDH的法向量为=(x,y,z),则
令z=1,得=(0,-
,1)
由ED⊥平面ABCD,得平面BCD的法向量为=(0,0,-3),
则cos<,
>=
=-
,
由图可知二面角H-BD-C为锐角,
∴二面角H-BD-C的大小为60°.
如图,已知正方体ABCD-A1B1C1D1的棱长为1,E、F分别为AD1、BD的中点.
(1)求证:EF∥平面B1D1C;
(2)求二面角B1-D1C-A的大小;
(3)求三棱锥B1-ACD1的体积.
正确答案
(1)证明:连接AC,在△AD1C中,
∵F为BD的中点,∴F为AC的中点
∵E为AD1的中点,
∴EF∥D1C
∵EF⊄平面B1D1C,D1C⊂平面B1D1C
∴EF∥平面B1D1C;
(2)解:取D1C的中点M,连接AM,B1M,B1A
∵△AD1C为正三角形,M为CD1的中点
∴AM⊥D1C
同理,在正三角形B1D1C,B1M⊥D1C
∴∠AMB1为二面角B1-D1C-A的平面角
∵正方体ABCD-A1B1C1D1的棱长为1
∴,
,
∴cos∠AMB1=
∴二面角B1-D1C-A的大小为arccos;
(3)解:VB1-ACD1=VABCD-A1B1C1D1-4VB1-ABC=1-4××
×1×1=
解析
(1)证明:连接AC,在△AD1C中,
∵F为BD的中点,∴F为AC的中点
∵E为AD1的中点,
∴EF∥D1C
∵EF⊄平面B1D1C,D1C⊂平面B1D1C
∴EF∥平面B1D1C;
(2)解:取D1C的中点M,连接AM,B1M,B1A
∵△AD1C为正三角形,M为CD1的中点
∴AM⊥D1C
同理,在正三角形B1D1C,B1M⊥D1C
∴∠AMB1为二面角B1-D1C-A的平面角
∵正方体ABCD-A1B1C1D1的棱长为1
∴,
,
∴cos∠AMB1=
∴二面角B1-D1C-A的大小为arccos;
(3)解:VB1-ACD1=VABCD-A1B1C1D1-4VB1-ABC=1-4××
×1×1=
如图,四棱锥 E-ABCD中,EA⊥平面ABCD,AB⊥AD,AB∥DC,AD=AE=CD=2AB,M是EC的中点.
(I)求证:平面BCE⊥平面DCE;
(II)求锐二面角M-BD-C平面角的余弦值.
正确答案
(I)证明:由于平面ABCD,AB⊥AD,可建立以点A为坐标原点,直线AB、AD、AE分别为x,y,z轴的空间直角坐标系.
设AB=1,则A(0,0,0),B(1,0,0),D(0,2,0),E(0,0,2),C(2,2,0),
∵M是EC的中点,∴M(1,1,1)
设平面BCE的法向量为,平面DCE的法向量为
,则有:
,∴
∴可取
同理:
又,∴
,
∴平面BCE⊥平面DCE
(II)解:由题意可知向量为平面BCD的法向量,设平面BDM的法向量为
∴,∴
令y3=1,则x3=2,z3=-1
∴
又,∴
,
∴锐二面角M-BD-C平面角的余弦值为.
解析
(I)证明:由于平面ABCD,AB⊥AD,可建立以点A为坐标原点,直线AB、AD、AE分别为x,y,z轴的空间直角坐标系.
设AB=1,则A(0,0,0),B(1,0,0),D(0,2,0),E(0,0,2),C(2,2,0),
∵M是EC的中点,∴M(1,1,1)
设平面BCE的法向量为,平面DCE的法向量为
,则有:
,∴
∴可取
同理:
又,∴
,
∴平面BCE⊥平面DCE
(II)解:由题意可知向量为平面BCD的法向量,设平面BDM的法向量为
∴,∴
令y3=1,则x3=2,z3=-1
∴
又,∴
,
∴锐二面角M-BD-C平面角的余弦值为.
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