- 空间向量的概念
- 共438题
在中,
则
的长为 .
正确答案
2
依已知条件
,根据正弦定理得
,两式相加得
,即
,即
.
如图所示,已知正方形ABCD和矩形ACEF所在的平面互相垂直,AB=,AF=1,M是线段EF的中点.
求证:(1)AM∥平面BDE;
(2)AM⊥平面BDF.
正确答案
(1)见解析(2)见解析
(1)建立如图所示的空间直角坐标系,设AC∩BD=N,连结NE.
则N,E(0,0,1),A(
,
,0),M
.
∴=
,
=
.
∴=
且NE与AM不共线.∴NE∥AM.
∵NE平面BDE,AM
平面BDE,∴AM∥平面BDE.
(2)由(1)知=
,
∵D(,0,0),F(
,
,1),∴
=(0,
,1),
∴·
=0,∴AM⊥DF.同理AM⊥BF.又DF∩BF=F,∴AM⊥平面BDF.
如图,正方形ADEF与梯形ABCD所在的平面互相垂直,,
,
,点M在线段EC上(除端点外)
(1)当点M为EC中点时,求证:平面
;
(2)若平面与平面ABF所成二面角为锐角,且该二面角的余弦值为
时,求三棱锥
的体积
正确答案
(1)证明过程详见;(2)
试题分析:本题主要考查线线平行、线线垂直、线面平行、二面角、三棱锥的体积等基础知识,考查学生的空间想象能力和推理论证能力,考查用空间向量法解立体问题,考查学生的计算能力 第一问,取N为ED中点,利用中位线得,而
,所以
,所以ABMN为平行四边形,所以
,所以利用线面平行的判定可得
∥平面
;第二问,用向量法解题,关键是建立空间直角坐标系,求出平面BDM和平面ABF的法向量,利用夹角公式求出
,从而求出
的值,即点M为EC中点,所以利用等体积转化法求三棱锥B DEM的体积
试题解析:(1)证明 取中点
,连结
在△
中,
分别为
的中点,
则∥
,且
由已知
∥
,
,
因此,∥
,且
所以,四边形
为平行四边形
于是,∥
又因为
平面
,且
平面
,
所以∥平面
6分
(2)按如图建立空间直角坐标系,点与坐标原点
重合
设,则
,又
,设
,则
,即
设是平面
的法向量,则
,
取,得
,即得平面
的一个法向量为
…… 10分
由题可知,是平面
的一个法向量
因此,,
即点为
中点 此时,
,
为三棱锥
的高,
所以, ……… 12分
如图,四棱锥中,底面
为平行四边形,
,
,
⊥底面
.
(1)证明:平面平面
;
(2)若二面角为
,求
与平面
所成角的正弦值.
正确答案
(1)证明过程详见解析;(2).
试题分析:(1)可以遵循思路面面垂直线面垂直
线线垂直,即证明面面垂直只需要证明其中一个面里面的一条直线垂直与另外一个面即可,即证明
面PDB,线面垂直只需要证明BC与面内相交的两条直线垂直即可,即
BD,
PD,前者可有三角形的勾股定理证得,后者由线面垂直得到
(2)求线面夹角可以利用三维空间直角坐标系,分别以DA,DB,PD三条两两垂直的直线建立坐标系,求面法向量与直线的夹角的余弦值的绝对值即为线面夹角的余弦值.
试题解析:
(1)∵∴
又∵⊥底面
∴
又∵∴
平面
而平面
∴平面
平面
5分
(1)由(1)所证,平面
,所以∠
即为二面角P-BC-D的平面角,即∠
而,所以
7分
分别以、
、
为
轴、
轴、
轴建立空间直角坐标系.则
,
,
,
,所以,
,
,
,设平面
的法向量为
,则
,即
可解得
∴
与平面
所成角的正弦值为
12分
如图,直三棱柱ABC-A1B1C1中,AB⊥AC,D、E分别为AA1、B1C的中点,DE⊥平面BCC1
(1)证明:AB=AC
(2)设二面角A-BD-C为60°,求B1C与平面BCD所成的角的大小
正确答案
(1)详见解析,(2)
试题分析:(1)证明AB=AC,往往转化为证明对应线段垂直,即证边上中线垂直
.取BC中点F,连接EF,AF,易得ADEF为平行四边形,从而AF//DE. 又DE⊥平面
,可得AF⊥BC.(2)求直线与平面所成角的关键在于找面的垂线.而面的垂线,往往从面面垂直的性质定理中取到.观察图形可知,BC⊥平面DEF,从而平面BCD⊥平面DEF.过
作两平面的交线
的垂线就是平面BCD的垂线.因为本题三维垂直关系已知,所以也可利用空间向量进行求解.已知条件的二面角与所求线面角有一个相同的平面,这也简化了运算量.
试题解析:
解法一:(1)取BC中点F,连接EF,则EF,从而EF
DA。
连接AF,则ADEF为平行四边形,从而AF//DE。又DE⊥平面,故AF⊥平面
,从而AF⊥BC,即AF为BC的垂直平分线,所以AB=AC。 5分
(2)作AG⊥BD,垂足为G,连接CG。由三垂线定理知CG⊥BD,故∠AGC为二面角A-BD-C的平面角。由题设知,∠AGC=600..
设AC=2,则AG=。又AB=2,BC=
,故AF=
。
由得2AD=
,解得AD=
。 9分
故AD=AF。又AD⊥AF,所以四边形ADEF为正方形。
因为BC⊥AF,BC⊥AD,AF∩AD=A,故BC⊥平面DEF,因此平面BCD⊥平面DEF。
连接AE、DF,设AE∩DF=H,则EH⊥DF,EH⊥平面BCD。
连接CH,则∠ECH为与平面BCD所成的角。.
因ADEF为正方形,AD=,故EH=1,又EC=
=2,
所以∠ECH=300,即与平面BCD所成的角为300. 12分
解法二:
(1)以A为坐标原点,射线AB为x轴的正半轴,建立如图所示的直角坐标系A—xyz。
设B(1,0,0),C(0,b,0),D(0,0,c),则(1,0,2c),E(
,
,c).
于是=(
,
,0),
=(-1,b,0).由DE⊥平面
知DE⊥BC,
=0,求得b=1,所以 AB=AC。 5分
(2)设平面BCD的法向量则
又=(-1,1, 0),
=(-1,0,c),故
令x=1,则y=1,z=,
=(1,1,
).
又平面的法向量
=(0,1,0)
由二面角为60°知,
=60°,
故 °,求得
9分
于是 ,
,
°
所以与平面
所成的角为30° 12分
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