- 二面角的平面角及求法
- 共2160题
如图,在长方体ABCD-A1B1C1D1中,
,
,则面AB1C与面ABCD所成角的为( )
正确答案
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),
则,
=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.
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°.
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.
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)
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,∴AG
CD,
又由直棱柱得,D1C1DC,
∴AGC1D1,∴四边形AGC1D1为平行四边形.
∵AE=ED1,GH=HC1,∴EHAG.
∵FB1AG.∴EH
B1F.∴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∵BC
B1C1,∴DG
B1C1.∴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,∴AG
CD,
又由直棱柱得,D1C1DC,
∴AGC1D1,∴四边形AGC1D1为平行四边形.
∵AE=ED1,GH=HC1,∴EHAG.
∵FB1AG.∴EH
B1F.∴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∵BC
B1C1,∴DG
B1C1.∴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°
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