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题型:简答题
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简答题

如图,四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是平行四边形,∠CAD=90°,PA⊥平面ABCD,PA=BC=1,AB=,F是BC的中点.

(1)求证:DA⊥平面PAC;

(2)若以A为坐标原点,射线AC、AD、AP分别是轴、轴、轴的正半轴,建立空间直角坐标系,已经计算得=(1,1,1)是平面PCD的法向量,求平面PAF与平面PCD所成锐二面角的余弦值.

正确答案

解:(1)证明:∵四边形是平行四边形,

∵PA⊥平面ABCD,

∴PA⊥DA,又AC⊥DA,AC∩PA=A,

∴DA⊥平面PAC.

(2)在空间直角坐标系内,A(0,0,0),C(1,0,0),B(1,-1,0),D(0,1,0),F(1,,0),P(0,0,1),

=(1,,0),

设平面PAF一个法向量为=(x,y,z),

,令y=2,则x=1,即=(1,2,0),

又平面PCD法向量为=(1,1,1),

∴cos<>===

∴所求二面角的余弦值为

解析

解:(1)证明:∵四边形是平行四边形,

∵PA⊥平面ABCD,

∴PA⊥DA,又AC⊥DA,AC∩PA=A,

∴DA⊥平面PAC.

(2)在空间直角坐标系内,A(0,0,0),C(1,0,0),B(1,-1,0),D(0,1,0),F(1,,0),P(0,0,1),

=(1,,0),

设平面PAF一个法向量为=(x,y,z),

,令y=2,则x=1,即=(1,2,0),

又平面PCD法向量为=(1,1,1),

∴cos<>===

∴所求二面角的余弦值为

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简答题

如图,在底面是直角梯形的四棱锥S-ABCD中,∠ABC=90°,SA⊥面ABCD,

SA=AB=BC=2a,AD=a.

(Ⅰ)求点C到平面SBD的距离;

(Ⅱ)求面SCD与面SBA所成的二面角的正切值.

正确答案

解:(Ⅰ)由题设条件得△SBD的面积是

设点C到平面SBD的距离为d由VC-SBD=VS-BCD得:

所以点C到平面SBD的距离为(6分)

(Ⅱ)延长BA、CD相交于点E,连接SE,则SE是所求二面角的棱(7分)

∵AD∥BC,BC=2AD

∴EA=AB=SA∴SE⊥SB

∵SA⊥面ABCD得:面SEB⊥面EBC,EB是交线.

又BC⊥EB∴BC⊥面SEB故SB是SC在面SEB上的射影∴CS⊥SE,

∴∠BSC是面SCD与面SBA所成二面角的平面角(10分)

∵SB=

又BC⊥SB∴

故所求二面角的正切值为(12分)

解析

解:(Ⅰ)由题设条件得△SBD的面积是

设点C到平面SBD的距离为d由VC-SBD=VS-BCD得:

所以点C到平面SBD的距离为(6分)

(Ⅱ)延长BA、CD相交于点E,连接SE,则SE是所求二面角的棱(7分)

∵AD∥BC,BC=2AD

∴EA=AB=SA∴SE⊥SB

∵SA⊥面ABCD得:面SEB⊥面EBC,EB是交线.

又BC⊥EB∴BC⊥面SEB故SB是SC在面SEB上的射影∴CS⊥SE,

∴∠BSC是面SCD与面SBA所成二面角的平面角(10分)

∵SB=

又BC⊥SB∴

故所求二面角的正切值为(12分)

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简答题

已知S是△ABC所在平面外一点,∠ASC=90°,∠ASB=∠BSC=60°,且SA=SB=SC.

(1)求证:平面SAC⊥平面ABC;

(2)求二面角B-AS-C的余弦值.

正确答案

解:(1)证明:取AC的中点O,连结BO,SO,设SA=SB=SC=1,

由条件易知,SO⊥AC,AC=,AB=BC=SA=1.

由AB2+BC2=AC2知,AB⊥BC,

∴BO⊥AC,且BO=,∴SO2+BO2=SB2

∴二面角B-AC-S的平面角∠BOS=90°,即平面SAC⊥平面ABC.

(2)取AS的中点M,连结MO,MB,由(1)知,△SAB与△SBC为全等的正三角形,

∴SA⊥MB,SA⊥MO,故∠BMO为二面角B-AS-C的平面角.

又由BO⊥AC及BO⊥SO,得BO⊥平面SAC,

在△BMO中,易得MO=,MB=,∴cos∠BMO==

解析

解:(1)证明:取AC的中点O,连结BO,SO,设SA=SB=SC=1,

由条件易知,SO⊥AC,AC=,AB=BC=SA=1.

由AB2+BC2=AC2知,AB⊥BC,

∴BO⊥AC,且BO=,∴SO2+BO2=SB2

∴二面角B-AC-S的平面角∠BOS=90°,即平面SAC⊥平面ABC.

(2)取AS的中点M,连结MO,MB,由(1)知,△SAB与△SBC为全等的正三角形,

∴SA⊥MB,SA⊥MO,故∠BMO为二面角B-AS-C的平面角.

又由BO⊥AC及BO⊥SO,得BO⊥平面SAC,

在△BMO中,易得MO=,MB=,∴cos∠BMO==

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简答题

如图,四边形ABCD为正方形,PD⊥平面ABCD,PD∥QA,QA=AB=PD=1.

(1)求证:BQ∥面PCD;

(2)在PC上是否存在一点M使DM⊥平面PCB,若存在,指出具体位置,若不存在,说明理由;

(3)求二面角Q-BP-C的余弦值.

正确答案

(1)证明:∵PD∥QA,PD⊂平面PDC,QA⊄平面PDC,

∴QA∥平面PDC,

同理AB∥平面PDC,

∵QA∩AB=A,

∴平面ABQ∥面PCD,

∵BQ⊂平面ABQ,

∴BQ∥面PCD;

(2)证明∵PD⊥平面ABCD,BC⊂平面ABCD,

∴PD⊥BC,

∵四边形ABCD为正方形,

∴BC⊥CD,

∵PD∩CD=D,

∴BC⊥平面PCD,

∵BC⊂平面BCP,

∴平面BCP⊥平面PCD,

过D作DM⊥PC,垂足为M,则DM⊥平面BCP,

△PCD中,CD=1,PD=2,PC=,由射影定理可得12=CM,∴CM=

∴CM:MP=1:4;

(3)解:如图所示,将底面补成平行四边形ADPG,过Q作QE⊥BG,QF⊥PB,连接EF,则∠EFQ是二面角Q-BP-C的平面角,

由题意,BQ=PQ=,BP=,EQ=DM=,∴FQ=

∴EF==

∴cos∠EFQ==

解析

(1)证明:∵PD∥QA,PD⊂平面PDC,QA⊄平面PDC,

∴QA∥平面PDC,

同理AB∥平面PDC,

∵QA∩AB=A,

∴平面ABQ∥面PCD,

∵BQ⊂平面ABQ,

∴BQ∥面PCD;

(2)证明∵PD⊥平面ABCD,BC⊂平面ABCD,

∴PD⊥BC,

∵四边形ABCD为正方形,

∴BC⊥CD,

∵PD∩CD=D,

∴BC⊥平面PCD,

∵BC⊂平面BCP,

∴平面BCP⊥平面PCD,

过D作DM⊥PC,垂足为M,则DM⊥平面BCP,

△PCD中,CD=1,PD=2,PC=,由射影定理可得12=CM,∴CM=

∴CM:MP=1:4;

(3)解:如图所示,将底面补成平行四边形ADPG,过Q作QE⊥BG,QF⊥PB,连接EF,则∠EFQ是二面角Q-BP-C的平面角,

由题意,BQ=PQ=,BP=,EQ=DM=,∴FQ=

∴EF==

∴cos∠EFQ==

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简答题

在底面为直角梯形的四棱锥P-ABCD中,AD∥BC,∠ABC=90°,PA⊥平面ABCD,PA=3,AD=2,AB=2,BC=6,AC∩BD=E

①求证:平面PBD⊥平面PAC

②求二面角B-PD-A的余弦值.

正确答案

①证明:在Rt△ABC中,=,∴∠BAC=60°.

又∵AD∥BC,∴∠BAD=90°.

在Rt△BAD,=,∴∠ABD=30°.

∴∠AEB=90°.

∴BD⊥AC.

∵PA⊥平面ABCD,∴PA⊥BD.

又PA∩AC=A,∴BD⊥平面PAC.

∵BD⊂平面PBD,∴平面PBD⊥平面PAC.

②由①可得:BA⊥平面PAD.

过点A作AF⊥PD,连接BF,则PD⊥BF.

∴∠AFB是二面角B-PD-A的平面角.

在Rt△PAD中,===

在Rt△ABE中,=

∴cos∠AFB==

解析

①证明:在Rt△ABC中,=,∴∠BAC=60°.

又∵AD∥BC,∴∠BAD=90°.

在Rt△BAD,=,∴∠ABD=30°.

∴∠AEB=90°.

∴BD⊥AC.

∵PA⊥平面ABCD,∴PA⊥BD.

又PA∩AC=A,∴BD⊥平面PAC.

∵BD⊂平面PBD,∴平面PBD⊥平面PAC.

②由①可得:BA⊥平面PAD.

过点A作AF⊥PD,连接BF,则PD⊥BF.

∴∠AFB是二面角B-PD-A的平面角.

在Rt△PAD中,===

在Rt△ABE中,=

∴cos∠AFB==

百度题库 > 高考 > 数学 > 二面角的平面角及求法

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