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题型:简答题
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简答题

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

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简答题

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°.∬

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简答题

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==

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简答题

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

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简答题

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),

,取=(1,-,-1)

设平面ECD的法向量为=(x,y,z),

,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),

,取=(1,-,-1)

设平面ECD的法向量为=(x,y,z),

,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

百度题库 > 高考 > 数学 > 二面角的平面角及求法

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