- 二面角的平面角及求法
- 共2160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),
则,
=(1,
,0),
设平面PAF一个法向量为=(x,y,z),
则,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),
则,
=(1,
,0),
设平面PAF一个法向量为=(x,y,z),
则,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.
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)
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=
=
.
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==
.
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==
.
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