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题型:简答题
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简答题

如图,在长方体ABCD-A1B1C1D1中,AB=2,,P为C1D1的中点,M为BC的中点.

(Ⅰ)证明:AM⊥PM;

(Ⅱ)求AD与平面AMP所成角的正弦值;

(Ⅲ)求二面角P-AM-D的大小.

正确答案

解:(Ⅰ)以D点为原点,DA、DC、DD1为x轴、y轴、z轴正方向,建立如图所示的空间直角坐标系D-xyz…(1分)

可得

由此可得

,可得AM⊥PM.                …(4分)

(Ⅱ)设平面PAM的一个法向量为

,即解得

取y=1,得,…(6分)

∴AD与平面AMP所成角θ的正弦值

sinθ=|cos<>|==.                …(9分)

(Ⅲ)由(II),向量是平面PAM的一个法向量,

∵平面AMD的法向量为,可得cos<>===

∴向量的所成角等于45°,观察图形可得:二面角P-AM-D的大小等于45°.…(13分)

解析

解:(Ⅰ)以D点为原点,DA、DC、DD1为x轴、y轴、z轴正方向,建立如图所示的空间直角坐标系D-xyz…(1分)

可得

由此可得

,可得AM⊥PM.                …(4分)

(Ⅱ)设平面PAM的一个法向量为

,即解得

取y=1,得,…(6分)

∴AD与平面AMP所成角θ的正弦值

sinθ=|cos<>|==.                …(9分)

(Ⅲ)由(II),向量是平面PAM的一个法向量,

∵平面AMD的法向量为,可得cos<>===

∴向量的所成角等于45°,观察图形可得:二面角P-AM-D的大小等于45°.…(13分)

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简答题

如图,四棱锥P-ABCD中,底面ABCD为矩形,PD垂直于底面ABCD,AD=PD=2,

E、F分别为CD、PB的中点.

(1)求证:EF⊥平面PAB;

(2)设,求直线AC与平面AEF所成角θ的正弦值.

正确答案

解:以D为从标原点,DC、DA、DP所在直线分别为x轴、y轴、z轴,建立空间直角坐标系D-xyz.设AB=a,

则A(0,2,0),B(a,2,0),C(a,0,0),D(0,0,0,),p(0,0,2),…(2分)

(1)由题意可得:=0×0+1×2+1×(-2)=0,=0×a+1×2+1×(-2)=0

∴EF⊥PA,EF⊥PB.

∴EF⊥平面PAB.…(6分)

(2)AB=2=(0,1,1).

设平面AEF的法向量n=(x,y,z),

令y=1,则x=…(9分)

.…(11分)

所以sinθ=1cos<.…(12分)

解析

解:以D为从标原点,DC、DA、DP所在直线分别为x轴、y轴、z轴,建立空间直角坐标系D-xyz.设AB=a,

则A(0,2,0),B(a,2,0),C(a,0,0),D(0,0,0,),p(0,0,2),…(2分)

(1)由题意可得:=0×0+1×2+1×(-2)=0,=0×a+1×2+1×(-2)=0

∴EF⊥PA,EF⊥PB.

∴EF⊥平面PAB.…(6分)

(2)AB=2=(0,1,1).

设平面AEF的法向量n=(x,y,z),

令y=1,则x=…(9分)

.…(11分)

所以sinθ=1cos<.…(12分)

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简答题

如图,平面ABCD⊥平面ABEF,ABCD是边长为1的正方形,ABEF是矩形,且AF=,G是线段EF的中点.

(Ⅰ)求证:AG⊥平面BCG;

(Ⅱ)求直线BE与平面ACG所成角的正弦值的大小.

正确答案

(I)证明:如图,

以A为坐标原点,AF为x轴,AB为y轴,AD为z轴,建立空间直角坐标系.

A(0,0,0),G(,0),C(0,1,1),B(0,1,0)

∴AG⊥BG,AG⊥BC,∴AG⊥平面BCG;

(Ⅱ)解:法一、

设面ACG的法向量为=(x,y,z)

=x+y=0

=y+z=0

取x=1,得=(1,-1,1)

=(,0,0)

所以,cos<>==

所以直线BE与平面ACG所成角的正弦值为

法二、

由(I)AG⊥平面BCG,平面ACG⊥平面BCG

作BH⊥GC,∴BH⊥面ACG,延长AG、BE交于K,连HK,

所以∠KHB即为直线BE与平面ACG所成角.

由(I)知,AG⊥平面BCG;,故AG⊥BG,

AF=BE= AB.

BG=AB,

BH===AB.

sin∠KHB==

所以直线BE与平面ACG所成角的正弦值为

解析

(I)证明:如图,

以A为坐标原点,AF为x轴,AB为y轴,AD为z轴,建立空间直角坐标系.

A(0,0,0),G(,0),C(0,1,1),B(0,1,0)

∴AG⊥BG,AG⊥BC,∴AG⊥平面BCG;

(Ⅱ)解:法一、

设面ACG的法向量为=(x,y,z)

=x+y=0

=y+z=0

取x=1,得=(1,-1,1)

=(,0,0)

所以,cos<>==

所以直线BE与平面ACG所成角的正弦值为

法二、

由(I)AG⊥平面BCG,平面ACG⊥平面BCG

作BH⊥GC,∴BH⊥面ACG,延长AG、BE交于K,连HK,

所以∠KHB即为直线BE与平面ACG所成角.

由(I)知,AG⊥平面BCG;,故AG⊥BG,

AF=BE= AB.

BG=AB,

BH===AB.

sin∠KHB==

所以直线BE与平面ACG所成角的正弦值为

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简答题

如图,PCBM是直角梯形,∠PCB=90°,PM∥BC,PM=1,BC=2,又AC=1,∠ACB=120°,PC⊥面ABC,直线AM与直线PC所成的角为60°,求二面角M-AC-B的平面角的余弦值.

正确答案

解:在平面ABC内,过C作CD⊥CB,建立空间直角坐标系C-xyz(如图)

由题意有A(,0),设P(0,0,z0),(z0>0),

则M(0,1,z0),=

由直线AM与直线PC所成的角为60°,得

,解得z0=1,

=(0,1,1),

设平面MAC的一个法向量为

,即,取x1=1,得=(1,,-).          

平面ABC的法向量为,∴

又∵二面角M-AC-B为锐角,∴二面角M-AC-B的平面角余弦值为

解析

解:在平面ABC内,过C作CD⊥CB,建立空间直角坐标系C-xyz(如图)

由题意有A(,0),设P(0,0,z0),(z0>0),

则M(0,1,z0),=

由直线AM与直线PC所成的角为60°,得

,解得z0=1,

=(0,1,1),

设平面MAC的一个法向量为

,即,取x1=1,得=(1,,-).          

平面ABC的法向量为,∴

又∵二面角M-AC-B为锐角,∴二面角M-AC-B的平面角余弦值为

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简答题

如图,四棱锥P-ABCD的底面为矩形,PA是四棱锥的高,PB与DC所成角为45°,F是PB的中点,E是BC上的动点.

(Ⅰ)证明:PE⊥AF;

(Ⅱ)若,求直线AP与平面PDE所成角的大小.

正确答案

解:(Ⅰ) 建立如图所示空间直角坐标系.设AP=AB=2,BE=a

则A(0,0,0),B(0,2,0),P(0,0,2),F(0,1,1),E(a,2,0)

于是,

所以AF⊥PE.…(6分)

(Ⅱ)若,则

=(2,2,-2),

设平面PDE的法向量为=(x,y,z),

,得:,令x=1,则

于是,而

设直线AP与平面PDE所成角为θ,

则sinθ==

∴直线AP与平面PDE所成角为60°.

解析

解:(Ⅰ) 建立如图所示空间直角坐标系.设AP=AB=2,BE=a

则A(0,0,0),B(0,2,0),P(0,0,2),F(0,1,1),E(a,2,0)

于是,

所以AF⊥PE.…(6分)

(Ⅱ)若,则

=(2,2,-2),

设平面PDE的法向量为=(x,y,z),

,得:,令x=1,则

于是,而

设直线AP与平面PDE所成角为θ,

则sinθ==

∴直线AP与平面PDE所成角为60°.

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