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题型:简答题
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简答题

如图,在直三棱柱ABC-A1B1C1中,∠BAC=90°,AC=AB=AA1,E是BC的中点.

(1)求异面直线AE与A1C所成的角;

(2)若G为C1C上一点,且EG⊥A1C,试确定点G的位置;

(3)在(2)的条件下,求二面角C-AG-E的正切值.

正确答案

解:(1)取B1C1的中点E1,连A1E1,E1C,

则AE∥A1E1,∴∠E1A1C是异面直线A与A1C所成的角.

设AC=AB=AA1=2a,

则A1E1=a,A1C=2a,E1C1=a,

∴E1C=a,

△A1E1C中,cos∠E1A1C==

∴异面直线AE与A1C所成的角为

(2)由(1)知,A1E1⊥B1C1

又∵三棱柱ABC-A1B1C1是直三棱柱∴A1E1⊥BCC1B1

又∵EG⊥A1C,∴CE1⊥EG.

∴∠E1CC1=∠GEC,

∴△E1CC1∽△GEC,

得CG=a,

∴G是CC1的中点; 

(3)连结AG,设P是AC的中点,过点P作PQ⊥AG于Q,连EP,EQ,则EP⊥AC.

又∵平面ABC⊥平面ACC1A1,∴EP⊥平面ACC1A1

而PQ⊥AG∴EQ⊥AG.∴∠PQE是二面角C-AG-E的平面角.

由EP=a,AP=a,PQ=,得tan∠PQE==

∴二面角C-AG-E的平面角正切值是

解析

解:(1)取B1C1的中点E1,连A1E1,E1C,

则AE∥A1E1,∴∠E1A1C是异面直线A与A1C所成的角.

设AC=AB=AA1=2a,

则A1E1=a,A1C=2a,E1C1=a,

∴E1C=a,

△A1E1C中,cos∠E1A1C==

∴异面直线AE与A1C所成的角为

(2)由(1)知,A1E1⊥B1C1

又∵三棱柱ABC-A1B1C1是直三棱柱∴A1E1⊥BCC1B1

又∵EG⊥A1C,∴CE1⊥EG.

∴∠E1CC1=∠GEC,

∴△E1CC1∽△GEC,

得CG=a,

∴G是CC1的中点; 

(3)连结AG,设P是AC的中点,过点P作PQ⊥AG于Q,连EP,EQ,则EP⊥AC.

又∵平面ABC⊥平面ACC1A1,∴EP⊥平面ACC1A1

而PQ⊥AG∴EQ⊥AG.∴∠PQE是二面角C-AG-E的平面角.

由EP=a,AP=a,PQ=,得tan∠PQE==

∴二面角C-AG-E的平面角正切值是

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题型: 单选题
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单选题

如图,已知平面α,β,且α∩β=AB,PC⊥α,PD⊥β,C,D是垂足.且PC=PD=CD=1,则二面角α-AB-β的大小是(  )

A120°

B45°

C60°

D150°

正确答案

A

解析

解:如图,过C作CE⊥AB,交AB于E,并连接DE;

∵PC⊥α,PD⊥β,AB⊂α,AB⊂β;

∴PC⊥AB,PD⊥AB,即AB⊥PC,AB⊥PD,PC∩PD=P;

∴AB⊥平面PCD,∴AB⊥CD,又AB⊥CE;

∴AB⊥平面CDE,AB⊥DE;

∴∠CED是二面角α-AB-β的平面角;

由前面知,平面PCD和平面CDE是一个平面;

∴在四边形PCED中,∠PCE=∠PDE=90°,又根据已知条件∠CPD=60°;

∴∠CED=120°;

即二面角α-AB-β的大小是120°.

故选A.

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题型:填空题
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填空题

三棱锥P-ABC的两侧面PAB,PBC都是边长为2的正三角形,AC=,则二面角A-PB-C的大小为______

正确答案

60°

解析

解:取PB的中点M,连接AM,CM.

则AM⊥PB,CM⊥PB.

故∠AMC为二面角A-PB-C的平面角.

在△AMC中可得AM=CM=,而AC=,则△AMC为正三角形,

∴∠AMC=60°,

∴二面角A-PB-C的大小为60°,

故答案为60°.

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题型:简答题
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简答题

如图,在直三棱柱ABC-A1B1C1中,AC⊥BC,AC=BC=CC1,M是A1B的中点.

(Ⅰ)在线段B1C1上是否存在一点N,使得MN⊥平面A1BC?若存在,找出点N的位置幷证明;若不存在,请说明理由;

(Ⅱ)求平面A1AB和平面A1BC所成角的大小.

正确答案

解:(Ⅰ)根据题意CA、CB、CC1两两互相垂直

如图:以C为原点,CA、CB、CC1所在直线分别为x轴、y轴、z轴建立空间直角坐标系

设AC=BC=CC1=a,则A1(a,0,a),,B(0,a,0),B1(0,a,a),A(a,0,0),C1(0,0,a),

假设在B1C1上存在一点N,使MN⊥平面A1BC,设N(0,y,a)

所以=(a,-a,a),=(a,0,a),

=0,=0,得:

∴N在线段B1C1的中点处(6分)

(Ⅱ)由(Ⅰ)知MN⊥平面A1BC,则平面A1BC的一个法向量为

取AB中点D,连接CD,易证CD⊥平面A1AB

∴可得面A1AB的一个法向量(8分)

所以面A1AB和面A1BC所成的角为.(12分)

解析

解:(Ⅰ)根据题意CA、CB、CC1两两互相垂直

如图:以C为原点,CA、CB、CC1所在直线分别为x轴、y轴、z轴建立空间直角坐标系

设AC=BC=CC1=a,则A1(a,0,a),,B(0,a,0),B1(0,a,a),A(a,0,0),C1(0,0,a),

假设在B1C1上存在一点N,使MN⊥平面A1BC,设N(0,y,a)

所以=(a,-a,a),=(a,0,a),

=0,=0,得:

∴N在线段B1C1的中点处(6分)

(Ⅱ)由(Ⅰ)知MN⊥平面A1BC,则平面A1BC的一个法向量为

取AB中点D,连接CD,易证CD⊥平面A1AB

∴可得面A1AB的一个法向量(8分)

所以面A1AB和面A1BC所成的角为.(12分)

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题型:简答题
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简答题

如图,在五棱锥P-ABCDE中,PA=AB=AE=2a,PB=PE=,BC=DE=a,∠EAB=∠ABC=∠DEA=90°.

(1)求证:PA⊥平面ABCDE;

(2)求异面直线CD与PB所成角的大小;

(3)求二面角A-PD-E的大小.

正确答案

解:(1)∵PA=AE=2a,PB=PE=

∴PA2+AB2=PB2

∴∠PAB=90°,

即PA⊥AB

同理PA⊥AE

∵AB∩AE=A,

∴PA⊥平面ABCDE

(2)由CD∥BE,

则∠PBE即为所求角

又PB=PE=BE=

∴∠PBE=60°

(3)∵∠AED=90°,

∴AE⊥ED

∵PA⊥平面ABCDE,

∴PA⊥ED

∴ED⊥平面PAE

如图,过A作AG⊥PE于G,

∴DE⊥AG,

∴AG⊥平面PDE

过G作GH⊥PD于H,连接AH,

由三垂线定理得AH⊥PD

∴∠AHG为二面角A-PD-E的平面角

在Rt△PAE中,

在Rt△PAD中,

∴在Rt△AHG中,

∴二面角A-PD-E的大小为

解析

解:(1)∵PA=AE=2a,PB=PE=

∴PA2+AB2=PB2

∴∠PAB=90°,

即PA⊥AB

同理PA⊥AE

∵AB∩AE=A,

∴PA⊥平面ABCDE

(2)由CD∥BE,

则∠PBE即为所求角

又PB=PE=BE=

∴∠PBE=60°

(3)∵∠AED=90°,

∴AE⊥ED

∵PA⊥平面ABCDE,

∴PA⊥ED

∴ED⊥平面PAE

如图,过A作AG⊥PE于G,

∴DE⊥AG,

∴AG⊥平面PDE

过G作GH⊥PD于H,连接AH,

由三垂线定理得AH⊥PD

∴∠AHG为二面角A-PD-E的平面角

在Rt△PAE中,

在Rt△PAD中,

∴在Rt△AHG中,

∴二面角A-PD-E的大小为

百度题库 > 高考 > 数学 > 二面角的平面角及求法

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