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题型: 单选题
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单选题

如图,在长方体ABCD-A1B1C1D1中,,则面AB1C与面ABCD所成角的为(  )

A

B

C

D

正确答案

C

解析

解:设DA为x轴,DC为y轴,DD1为z轴,建立空间直角坐标系,

∵AB=BC=

∴A(,0,0),B1),C(0,,0),

=(0,),=(-),

设平面AB1C的法向量为=(x,y,z),

=0,

,∴=(1,1,-),

设面AB1C与面ABCD所成角的为θ,

∵面ABCD的法向量=(0,0,1),

∴cosθ=|cos<>|=||=

∴θ=

故选C.

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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,A1B1=A1C1,D,E分别是棱BC,CC1上的点(点D不同于点C),且AD⊥DE,F为B1C1中点.求证:

(1)平面ADE⊥平面BCC1B1

(2)直线A1F∥平面ADE.

(3)若E为CC1中点,且BA=BC=B B1,求二面角E-AD-C.

正确答案

(1)证明:因为ABC-A1B1C1是直三棱柱,所以CC1⊥平面ABC.

又AD⊂平面ABC,所以CC1⊥AD. 

又因为AD⊥DE,CC1,DE⊂平面BCC1B1,CC1∩DE=E,

所以AD⊥平面BCC1B1

又AD⊂平面ADE,所以平面ADE⊥平面BCC1B1

(2)证明:因为A1B1=A1C1,F为B1C1的中点,所以A1F⊥B1C1

因为CC1⊥平面A1B1C1,且A1F⊂平面A1B1C1,所以CC1⊥A1F,

又因为CC1,B1C1⊂平面BCC1B1,CC1∩B1C1=C1,所以A1F⊥平面BCC1B1

由(1)知AD⊥平面BCC1B1,所以A1F∥AD.

又AD⊂平面ADE,A1F⊄平面ADE,所以A1F∥平面ADE;

(3)解:∵AD⊥平面BCC1B1,∴∠EDC就是二面角E-AD-C的平面角.

∵BC=BB1,E为CC1中点,D为CB中点,

∴DC=EC,∴∠EDC=45°,

∴二面角E-AD-C的平面角是45°.

解析

(1)证明:因为ABC-A1B1C1是直三棱柱,所以CC1⊥平面ABC.

又AD⊂平面ABC,所以CC1⊥AD. 

又因为AD⊥DE,CC1,DE⊂平面BCC1B1,CC1∩DE=E,

所以AD⊥平面BCC1B1

又AD⊂平面ADE,所以平面ADE⊥平面BCC1B1

(2)证明:因为A1B1=A1C1,F为B1C1的中点,所以A1F⊥B1C1

因为CC1⊥平面A1B1C1,且A1F⊂平面A1B1C1,所以CC1⊥A1F,

又因为CC1,B1C1⊂平面BCC1B1,CC1∩B1C1=C1,所以A1F⊥平面BCC1B1

由(1)知AD⊥平面BCC1B1,所以A1F∥AD.

又AD⊂平面ADE,A1F⊄平面ADE,所以A1F∥平面ADE;

(3)解:∵AD⊥平面BCC1B1,∴∠EDC就是二面角E-AD-C的平面角.

∵BC=BB1,E为CC1中点,D为CB中点,

∴DC=EC,∴∠EDC=45°,

∴二面角E-AD-C的平面角是45°.

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题型:简答题
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简答题

如图,四棱锥P-ABCD的底面ABCD是正方形,棱PD⊥底面ABCD,PD=DC=1,E是PC的中点.

(1)证明平面BDE⊥平面PBC;

(2)求二面角E-BD-C的余弦值.

正确答案

解:(1)∵PD=DC,E是PC的中点,∴DE⊥PC.

∵PD⊥底面ABCD,AD⊂底面ABCD,∴PD⊥AD

又∵AD⊥CD,PD、CD是平面PCD内的相交直线,

∴AD⊥平面PCD,结合DE⊂平面PCD,得AD⊥DE.

由题意得AD∥BC,故BC⊥DE.

∵BC、PC是平面PBC内的相交直线,DE⊥PC

∴DE⊥平面PBC.

∵DE⊂平面BDE,∴平面BDE⊥平面PBC.

(2)连接AC,交BD于点M,分别取CD、DM的中点F、N,

连接EN、FN、EF,可得

∵EF为△PCD的中位线,∴EF∥PD

∵PD⊥底面ABCD,∴EF⊥底面ABCD

因此,EN在平面ABCD内的射影为FN

∵正方形ABCD中FN⊥BD,∴EN⊥BD

因此,∠ENF为二面角E-BD-C的平面角,

又∵EF=,FN=

∴由勾股定理得EN==

在Rt△EFN中,cos∠ENF==

∴二面角E-BD-C的余弦值为

解析

解:(1)∵PD=DC,E是PC的中点,∴DE⊥PC.

∵PD⊥底面ABCD,AD⊂底面ABCD,∴PD⊥AD

又∵AD⊥CD,PD、CD是平面PCD内的相交直线,

∴AD⊥平面PCD,结合DE⊂平面PCD,得AD⊥DE.

由题意得AD∥BC,故BC⊥DE.

∵BC、PC是平面PBC内的相交直线,DE⊥PC

∴DE⊥平面PBC.

∵DE⊂平面BDE,∴平面BDE⊥平面PBC.

(2)连接AC,交BD于点M,分别取CD、DM的中点F、N,

连接EN、FN、EF,可得

∵EF为△PCD的中位线,∴EF∥PD

∵PD⊥底面ABCD,∴EF⊥底面ABCD

因此,EN在平面ABCD内的射影为FN

∵正方形ABCD中FN⊥BD,∴EN⊥BD

因此,∠ENF为二面角E-BD-C的平面角,

又∵EF=,FN=

∴由勾股定理得EN==

在Rt△EFN中,cos∠ENF==

∴二面角E-BD-C的余弦值为

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题型:简答题
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简答题

已知四棱锥P-ABCD中,PA⊥平面ABCD,四边形ABCD是直角梯形,∠ADC=90°,AD∥BC,AB⊥AC,AB=AC=2,G为△PAC的重心,E为PB的中点,F在BC上,且CF=2FB.

(1)求证:FG∥平面PAB;

(2)当FG⊥平面AEC时,求二面角P-CD-A的正切值.

正确答案

(1)证明:连接CG交AP于M点

∵G为△PAC的重心,∴,∴FG∥BM,

又BM⊂平面PAB,∴FG∥平面PAB…(4分)

(2)解:因为PA⊥平面ABCD,所以AD⊥CD,所以PD⊥CD,所以∠PDA即为二面角的平面角 …(6分)

在直角梯形ABCD中,ADC=90°,AD∥BC,AB⊥AC,AB=AC=2,所以…(7分)

连BM,连EM,

∵FG⊥平面AEC,∴FG⊥AE,即BM⊥AE,又EM=AB=1,

设EA∩BM=H,则EH=HA,

设PA=h,则EA=PB=,EH=EA=

∵Rt△AME~Rt△MHE,

∴EM2=EH•EA.

=1,

∴h=2,即…(9分)

∴tan∠PAD==2…(12分)

解析

(1)证明:连接CG交AP于M点

∵G为△PAC的重心,∴,∴FG∥BM,

又BM⊂平面PAB,∴FG∥平面PAB…(4分)

(2)解:因为PA⊥平面ABCD,所以AD⊥CD,所以PD⊥CD,所以∠PDA即为二面角的平面角 …(6分)

在直角梯形ABCD中,ADC=90°,AD∥BC,AB⊥AC,AB=AC=2,所以…(7分)

连BM,连EM,

∵FG⊥平面AEC,∴FG⊥AE,即BM⊥AE,又EM=AB=1,

设EA∩BM=H,则EH=HA,

设PA=h,则EA=PB=,EH=EA=

∵Rt△AME~Rt△MHE,

∴EM2=EH•EA.

=1,

∴h=2,即…(9分)

∴tan∠PAD==2…(12分)

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题型:简答题
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简答题

直四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,AD=DC=AB,AD⊥AB,AB∥CD,E,F,G分别为AD1,A1B1,AB中点.

(Ⅰ)求证:EF∥平面B1C1G;

(Ⅱ)当二面角G-C1B1-C为45?时,求CD与平面C1B1G所成的角.

正确答案

证明:(Ⅰ)取C1G的中点H,连EH,HB1

∵AB∥CD,DC=AB,∴AGCD,

又由直棱柱得,D1C1DC,

∴AGC1D1,∴四边形AGC1D1为平行四边形.

∵AE=ED1,GH=HC1,∴EHAG.

∵FB1AG.∴EHB1F.∴EHB1F为平行四边形,∴EF∥B1H.

∵EF平面B1C1G,B1H⊂平面B1C1G,∴EF∥平面B1C1G.

(Ⅱ)由条件得DGBC,又∵BCB1C1,∴DGB1C1.∴平面B1C1G即为平面B1C1DG.

过G作GK⊥BC,垂足为K,∵GB=GC,∴K为BC中点,

∵ABCD-A1B1C1D1为直棱柱,∴BB1⊥平面ABCD.∴BB1⊥GK.

∴GK⊥平面BB1C1C,作KT⊥B1C1

垂足为T,连GT,则GT⊥B1C1

∴∠GTK为二面角G-B1C1-C的平面角,∴∠GTK=45°.

设GK=a,则TK=a,CD=a,过C作CO⊥平面B1C1G,

垂足为O,连DO,则DO为斜线DC在平面B1C1DG上的射影,

∴∠CDO即为DC与平面B1C1G所成的角.

∵CB∥DG,DG⊂平面B1C1G,CB 平面B1C1DG,

∴BC∥平面B1C1DG.

∴点C到平面B1C1G的距离CO与点K到平面B1C1G的距离相等,

∵B1C1⊥GT,B1C1⊥TK,

∴B1C1⊥平面GKT,

∵B1C1⊂平面B1C1DG,

∴平面GKT⊥平面B1C1DG,过K作KL⊥GT,垂足为L,则KL⊥平面B1C1DG.

在△GKT中GK=KT=a,

∴KL=a,即K到平面B1C1G的距离为a,

∴CO=a,在Rt△CDO中,CO=a,CD=a,

∴sin∠CDO=,∠CDO=30°,

即直线CD与平面B1C1G所成的角为30°

解析

证明:(Ⅰ)取C1G的中点H,连EH,HB1

∵AB∥CD,DC=AB,∴AGCD,

又由直棱柱得,D1C1DC,

∴AGC1D1,∴四边形AGC1D1为平行四边形.

∵AE=ED1,GH=HC1,∴EHAG.

∵FB1AG.∴EHB1F.∴EHB1F为平行四边形,∴EF∥B1H.

∵EF平面B1C1G,B1H⊂平面B1C1G,∴EF∥平面B1C1G.

(Ⅱ)由条件得DGBC,又∵BCB1C1,∴DGB1C1.∴平面B1C1G即为平面B1C1DG.

过G作GK⊥BC,垂足为K,∵GB=GC,∴K为BC中点,

∵ABCD-A1B1C1D1为直棱柱,∴BB1⊥平面ABCD.∴BB1⊥GK.

∴GK⊥平面BB1C1C,作KT⊥B1C1

垂足为T,连GT,则GT⊥B1C1

∴∠GTK为二面角G-B1C1-C的平面角,∴∠GTK=45°.

设GK=a,则TK=a,CD=a,过C作CO⊥平面B1C1G,

垂足为O,连DO,则DO为斜线DC在平面B1C1DG上的射影,

∴∠CDO即为DC与平面B1C1G所成的角.

∵CB∥DG,DG⊂平面B1C1G,CB 平面B1C1DG,

∴BC∥平面B1C1DG.

∴点C到平面B1C1G的距离CO与点K到平面B1C1G的距离相等,

∵B1C1⊥GT,B1C1⊥TK,

∴B1C1⊥平面GKT,

∵B1C1⊂平面B1C1DG,

∴平面GKT⊥平面B1C1DG,过K作KL⊥GT,垂足为L,则KL⊥平面B1C1DG.

在△GKT中GK=KT=a,

∴KL=a,即K到平面B1C1G的距离为a,

∴CO=a,在Rt△CDO中,CO=a,CD=a,

∴sin∠CDO=,∠CDO=30°,

即直线CD与平面B1C1G所成的角为30°

百度题库 > 高考 > 数学 > 二面角的平面角及求法

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