- 柱、锥、台、球的结构特征
- 共3509题
(本小题共13分)
已知如图(1),正三角形ABC的边长为2a,CD是AB边上的高,E、F分别是AC和
BC边上的点,且满足,现将△ABC沿CD翻折成直二面角A-DC-B,如图(2).
(Ⅰ) 试判断翻折后直线AB与平面DEF的位置关系,并说明理由;
(Ⅱ) 求二面角B-AC-D的平面角的正切值.
图(1) 图(2)
正确答案
略
如图,四棱锥P—ABCD的底面是正方形,PA底面ABCD,PA=2,
,
点E,F分别为棱AB,PD的中点。
(I)在现有图形中,找出与AF平行的平面,并给出证明;
(II)判断平面PCE与平面PCD是否垂直?若垂直,给出证明;若不垂直,说明理由。
正确答案
(1)见解析(2)垂直
(I)平面与
平行, 取
中点
,连
,因为
是
中点,
所以,在正方形
中,
,所以
,
所以为平行四边形,
所以,所以
平面
(II)由平面
,所以
面
,又
面
,
所以,由(I)知
,易证
所以面
,又
面
,所以,面PCD
面PEC…………12分
(也可用空间向量法)
以A为原点AB 为X轴、AD为Y轴、 AP为Z轴,建立空间坐标系。…1分
易求A(0,0,0),F(0,1,1),G(1,1,1),E(1,0,0),
P(0,0,2),D(0,2,0),C(2,2,0)
,所以AF//面PEG。
设面PCD的法向量为=(x,y,z),由
D得x=0,y=z.
令,设面PEC的法向量为
,
由得
,可令
因为,所以,面PCD
面PEC
已知,
为
上的点.
(1)当;
(2)当二面角—
—
的大小为
的值.
正确答案
(Ⅰ)1(Ⅱ)
(1)当时.…………2分
作∥
交
于
,连
.
由⊥面
,知
⊥面
.…………3分
当为
中点时,
为
中点.
∵△为正三角形,
∴⊥
,∴
…………5分
∴⊥
…………6分
(2)过作
⊥
于
,连结
,则
⊥
,
∴∠为二面角P—AC—B的平面角,
,
…………8分
…………10分
……12分
(本小题满分12分)
如图,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是矩形,M、N分别为PA、BC的中点,PD⊥平面ABCD,且PD=AD=,CD=1
(1)证明:MN∥平面PCD;
(2)证明:MC⊥BD;
(3)求二面角A—PB—D的余弦值。
正确答案
略
解:(1)证明:取AD中点E,连接ME,NE,
由已知M,N分别是PA,BC的中点,
∴ME∥PD,NE∥CD
又ME,NE平面MNE,ME
NE=E,
所以,平面MNE∥平面PCD, 2分
所以,MN∥平面PCD 3分
(2)证明:因为PD⊥平面ABCD,
所以PD⊥DA,PD⊥DC,
在矩形ABCD中,AD⊥DC,
如图,以D为坐标原点,
射线DA,DC,DP分别为
轴、
轴、
轴
正半轴建立空间直角坐标系
则D(0,0,0),A(,0,0),
B(,1,0)
(0,1,0),
P(0,0,) 5分
所以(
,0,
),
,
6分
∵·
=0,所以MC⊥BD 7分
(3)解:因为ME∥PD,所以ME⊥平面ABCD,ME⊥BD,又BD⊥MC,
所以BD⊥平面MCE,
所以CE⊥BD,又CE⊥PD,所以CE⊥平面PBD,
由已知,所以平面PBD的法向量
M为等腰直角三角形PAD斜边中点,所以DM⊥PA,
又CD⊥平面PAD,AB∥CD,所以AB⊥平面PAD,AB⊥DM,
所以DM⊥平面PAB,
所以平面PAB的法向量(-
,0,
) 9分
设二面角A—PB—D的平面角为θ,
则.
所以,二面角A—PB—D的余弦值为. 12分
如图,某建筑物的基本单元可近似地按以下方法构作:先在地平面内作菱形ABCD,边长为1,∠BAD=60°,再在
的上方,分别以△
与△
为底面安装上相同的正棱锥P-ABD与Q-CBD,∠APB=90°.
(Ⅰ)求证:PQ⊥BD;
(Ⅱ)求二面角P-BD-Q的余弦值;
(Ⅲ)求点P到平面QBD的距离.
正确答案
(1)证明见解析(2) (3)
(Ⅰ)由P-ABD,Q-CBD是相同正三棱锥,可知△PBD与△QBD是全等等腰三角形 …1分
取BD中点E,连结PE、QE,则BD⊥PE,BD⊥QE.故BD⊥平面PQE,从而BD⊥PQ. ………4分
(Ⅱ)由(1)知∠PEQ是二面角P-BD-Q的平面角 ……………………5分
作PM⊥平面,垂足为M,作QN⊥平面
,垂足为N,则PM∥QN,M、N分别是正△ABD与正△BCD的中心,从而点A、M、E、N、C共线,PM与QN确定平面PACQ,且PMNQ为矩形. ……可得ME=NE=
,PE=QE=
,PQ=MN=
…7分∴cos∠PEQ=
………9分
(Ⅲ)由(1)知BD⊥平面PEQ.设点P到平面QBD的距离为h,则
∴
.
∴ . ∴
. …………………………14分
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