- 二面角的平面角及求法
- 共2160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=2
a,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,
∴即
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=2
a,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,
∴即
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.
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( )
正确答案
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.
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°.
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),
由•
=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的一个法向量为分
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),
由•
=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的一个法向量为分
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)
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
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