- 二面角的平面角及求法
- 共2160题
如图,在四棱锥P-ABCD中,底圆ABCD是矩形,PA⊥平面ABCD,PA=AB=2,BC=4,E是PD的中点,点G在线段BC上,且BG=3.
(1)求证:平面PDC⊥平面PAD;
(2)求二面角E-AG-C的正切值.
正确答案
解:(1)证明:PA⊥平面ABCD,CD⊂平面ABCD;
∴CD⊥PA;
ABCD是矩形,∴CD⊥AD,AD∩PA=A;
∴CD⊥平面PAD,CD⊂平面PDC;
∴平面PDC⊥平面PAD;
(2)以A为坐标原点,边AB,AD,AP所在直线为x,y,z轴,建立如图所示空间直角坐标系,则:
A(0,0,0),B(2,0,0),C(2,4,0),D(0,4,0),P(0,0,2),E(0,2,1),G(2,3,0);
为平面CAG的一条法向量,设平面EAG的法向量为
,则:
;
∴,取y=2,则
;
设二面角E-AG-C的大小为θ,则cosθ==
;
∴;
即二面角E-AG-C的正切值为.
解析
解:(1)证明:PA⊥平面ABCD,CD⊂平面ABCD;
∴CD⊥PA;
ABCD是矩形,∴CD⊥AD,AD∩PA=A;
∴CD⊥平面PAD,CD⊂平面PDC;
∴平面PDC⊥平面PAD;
(2)以A为坐标原点,边AB,AD,AP所在直线为x,y,z轴,建立如图所示空间直角坐标系,则:
A(0,0,0),B(2,0,0),C(2,4,0),D(0,4,0),P(0,0,2),E(0,2,1),G(2,3,0);
为平面CAG的一条法向量,设平面EAG的法向量为
,则:
;
∴,取y=2,则
;
设二面角E-AG-C的大小为θ,则cosθ==
;
∴;
即二面角E-AG-C的正切值为.
一个多面体的三视图如图所示,M,N分别是A1B、B1C1点中点.
(Ⅰ)求证:MN⊥平面A1BC;
(Ⅱ)求直线BC1与平面A1BC所成角的大小;
(Ⅲ)求二面角A-A1B-C的大小.
正确答案
解:(Ⅰ)连接AC1,AB1,则MN∥AC1,BC⊥平面ACC1A1,AC1⊂平面ACC1A1;
∴BC⊥AC1,即AC1⊥BC,又AC1⊥A1C,A1C∩BC=C;
∴AC1⊥平面A1BC,∴MN⊥平面A1BC.
(Ⅱ)设AC1∩A1C=O,连接OB,则:∠C1BO即为直线BC1与平面A1BC所成角,在Rt△C1BO中:
;
∴,∴∠C1BO=30°;
∴直线BC1与平面A1BC所成角为30°.
(Ⅲ)过O作OE⊥A1B,交A1B于E,连接AE;
∵AC1⊥平面A1BC,∴A1B⊥AE;
∴∠OEA即为二面角A-A1B-C的平面角;
,∴OE=
;
∴在Rt△AOE中,tan∠OEA=,∴∠OEA=60°;
∴二面角A-A1B-C的大小为60°.∬
解析
解:(Ⅰ)连接AC1,AB1,则MN∥AC1,BC⊥平面ACC1A1,AC1⊂平面ACC1A1;
∴BC⊥AC1,即AC1⊥BC,又AC1⊥A1C,A1C∩BC=C;
∴AC1⊥平面A1BC,∴MN⊥平面A1BC.
(Ⅱ)设AC1∩A1C=O,连接OB,则:∠C1BO即为直线BC1与平面A1BC所成角,在Rt△C1BO中:
;
∴,∴∠C1BO=30°;
∴直线BC1与平面A1BC所成角为30°.
(Ⅲ)过O作OE⊥A1B,交A1B于E,连接AE;
∵AC1⊥平面A1BC,∴A1B⊥AE;
∴∠OEA即为二面角A-A1B-C的平面角;
,∴OE=
;
∴在Rt△AOE中,tan∠OEA=,∴∠OEA=60°;
∴二面角A-A1B-C的大小为60°.∬
在四棱锥C-ABEF,底面ABEF是矩形,FA⊥平面ABC,D是棱AB的中点,点H在棱BE上,且AC=BC=
,AB=2,AF=3.
(1)设BH=λBE,若FH⊥平面DHC,求λ的值;
(2)在(1)的条件下,求当λ>时,二面角D-CF-H的余弦值.
正确答案
解:(1)∵AC2+BC2=AB2
∴∠ACB=90°
过C作CG⊥平面ABC,以C为原点,CA为x轴,CB为y轴,CG为z轴建立直角坐标系,则A(,0,0),B(0,
,0),C(0,0,0),D(
,
,0),E(0,
,3),F(
,0,3),H(0,
,3λ)
∴=(-
,
,3λ-3),
=(
,
,0),
=(0,
,3λ)
若FH⊥平面DHC,则2+3λ(3λ-3)=0,∴⇒λ1=,λ2=
(2)λ=,即H(0,
,2),设平面DCF的一个法向量为(x,y,z),则
∵=(
,
,0),
=(
,0,3),
∴
∴取平面DCF的一个法向量为(1,-1,)
同理可得平面HCF的一个法向量为(,
,1)
∴二面角D-CF-H余弦值==
.
解析
解:(1)∵AC2+BC2=AB2
∴∠ACB=90°
过C作CG⊥平面ABC,以C为原点,CA为x轴,CB为y轴,CG为z轴建立直角坐标系,则A(,0,0),B(0,
,0),C(0,0,0),D(
,
,0),E(0,
,3),F(
,0,3),H(0,
,3λ)
∴=(-
,
,3λ-3),
=(
,
,0),
=(0,
,3λ)
若FH⊥平面DHC,则2+3λ(3λ-3)=0,∴⇒λ1=,λ2=
(2)λ=,即H(0,
,2),设平面DCF的一个法向量为(x,y,z),则
∵=(
,
,0),
=(
,0,3),
∴
∴取平面DCF的一个法向量为(1,-1,)
同理可得平面HCF的一个法向量为(,
,1)
∴二面角D-CF-H余弦值==
.
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,
,
.
(1)求证:平面PQB⊥平面PAD;
(2)若PA∥平面QBM,求的值;
(3)若,求二面角M-BQ-C的大小.
正确答案
(1)证明:∵DQ∥BC且DQ=BC,∴四边形BCDQ是平行四边形,∴BQ∥CD,
∵CD⊥AD,∴BQ⊥AD,
∵平面PAD⊥底面ABCD,平面PAD∩底面ABCD=AD,∴BQ⊥平面PAD,
∵BQ⊂平面PQB,∴平面PQB⊥平面PAD.
(2)解:设AC∩BQ=E,∵PA∥平面QBM,∴PA∥ME,∴.
(3)解:连接CQ,作MF⊥CQ于点F,作FG⊥BQ于点G,连接GM,
∵MF⊥CQ,PQ⊥CQ,∴PQ∥MF,
∵PQ⊥AD,平面PAD⊥底面ABCD,平面PAD∩底面ABCD=AD,∴PQ⊥平面ABCD,∴MF⊥平面ABCD,
∵FG⊥BQ,∴BQ⊥MG,∴二面角M-BQ-C的平面角为∠MGF,
∵,∴
,
∵,∴
,
∴,∴
,
∴二面角M-BQ-C的大小为.
解析
(1)证明:∵DQ∥BC且DQ=BC,∴四边形BCDQ是平行四边形,∴BQ∥CD,
∵CD⊥AD,∴BQ⊥AD,
∵平面PAD⊥底面ABCD,平面PAD∩底面ABCD=AD,∴BQ⊥平面PAD,
∵BQ⊂平面PQB,∴平面PQB⊥平面PAD.
(2)解:设AC∩BQ=E,∵PA∥平面QBM,∴PA∥ME,∴.
(3)解:连接CQ,作MF⊥CQ于点F,作FG⊥BQ于点G,连接GM,
∵MF⊥CQ,PQ⊥CQ,∴PQ∥MF,
∵PQ⊥AD,平面PAD⊥底面ABCD,平面PAD∩底面ABCD=AD,∴PQ⊥平面ABCD,∴MF⊥平面ABCD,
∵FG⊥BQ,∴BQ⊥MG,∴二面角M-BQ-C的平面角为∠MGF,
∵,∴
,
∵,∴
,
∴,∴
,
∴二面角M-BQ-C的大小为.
如图,四棱锥P-ABCD中,底面ABCD为矩形,PA⊥底面ABCD,PA=AB=
,AD=
,点E是棱PB的中点.
(1)求直线AD到平面PBC的距离;
(2)求二面角A-EC-D的平面角的余弦值.
(3)求三棱锥P-ECD的体积.
正确答案
解:(1)∵PA⊥底面ABCD,∴BC⊥PA,∵BC⊥AB,PA∩AB=A,∴BC⊥平面PAB,
∵AE⊂平面PAB,∴BC⊥AE,
∵PA=AB,E是棱PB的中点,
∴PB⊥AE,PB∩BC=B,
∴AE⊥平面PBC
∴直线AD到平面PBC的距离即为线段AE的长
在直角三角形PAB中,PA=AB=,
∴AE=×
=
∴直线AD到平面PBC的距离为
(2)如图建立空间直角坐标系:则A(0,0,0),E(
,0,
),C(
,
,0),D(0,
,0)
∴=(
,0,
),
=(
,
,0),
=(
,
,
)
=(
,0,0)
设平面AEC的法向量为=(x,y,z),
则,
即,取
=(1,-
,-1)
设平面ECD的法向量为=(x,y,z),
则,
即,取
=(0,1,
)
cos=
=-
∵由图可知二面角A-EC-D的平面角为锐角
∴二面角A-EC-D的平面角的余弦值为
(3)由(1)知直线AD到平面PBC的距离为,
∴点D到平面PEC的距离为
∵VP-ECD=VD-PEC==
=
=
∴三棱锥P-ECD的体积为
解析
解:(1)∵PA⊥底面ABCD,∴BC⊥PA,∵BC⊥AB,PA∩AB=A,∴BC⊥平面PAB,
∵AE⊂平面PAB,∴BC⊥AE,
∵PA=AB,E是棱PB的中点,
∴PB⊥AE,PB∩BC=B,
∴AE⊥平面PBC
∴直线AD到平面PBC的距离即为线段AE的长
在直角三角形PAB中,PA=AB=,
∴AE=×
=
∴直线AD到平面PBC的距离为
(2)如图建立空间直角坐标系:则A(0,0,0),E(
,0,
),C(
,
,0),D(0,
,0)
∴=(
,0,
),
=(
,
,0),
=(
,
,
)
=(
,0,0)
设平面AEC的法向量为=(x,y,z),
则,
即,取
=(1,-
,-1)
设平面ECD的法向量为=(x,y,z),
则,
即,取
=(0,1,
)
cos=
=-
∵由图可知二面角A-EC-D的平面角为锐角
∴二面角A-EC-D的平面角的余弦值为
(3)由(1)知直线AD到平面PBC的距离为,
∴点D到平面PEC的距离为
∵VP-ECD=VD-PEC==
=
=
∴三棱锥P-ECD的体积为
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