- 空间向量的概念
- 共438题
如图,在四棱锥中,底面
为矩形,侧棱
底面
,
,
,
,
为
的中点.
(1)求直线与
所成角的余弦值;
(2)在侧面内找一点
,使
面
,并求出点
到
和
的距离.
正确答案
(1)(2)
.
试题分析:(1)建立如图所示的空间直角坐标系,求出,利用夹角公式即可求出直线
与
所成角的余弦值;
(2)由于点在侧面
内,故可设
点坐标为
,则
,由
面
可得关于x,z的方程组,即可求出答案.
(1)建立如图所示的空间直角坐标系,
则的坐标为
、
、
、
、
、
,
从而
设的夹角为
,则
∴与
所成角的余弦值为
.
(2)由于点在侧面
内,故可设
点坐标为
,则
,由
面
可得,
∴
即点的坐标为
,从而
点到
和
的距离分别为
.
若=(2,1,-1),
=(-2,1,3),则与
,
均垂直的单位向量的坐标为______.
正确答案
设与,
均垂直的单位向量的坐标为
=(x,y,z),
则,
解得x=,y=-
,z=
或x=-
,y=
,z=-
.
∴=
,-
,
)或
=(-
,
,-
).
故答案为:,-
,
)或(-
,
,-
).
如图,四棱锥的底面ABCD是平行四边形,
,
,
面
,设
为
中点,点
在线段
上且
.
(1)求证:平面
;
(2)设二面角的大小为
,若
,求
的长.
正确答案
( 1 )证明过程详见解析;(2) .
试题分析:
(1)利用三角形的余弦定理和勾股定理即可证明为直角三角形,即
.再根据垂直的判断可以得到
相互垂直,即可以以这三条边建立三维空间直角坐标系,利用坐标法来证明线面平行,首先求出平面ACF的法向量,计算法向量与BE的内积,证明该内积为0即可得到线面平行.
(2)利用第(1)问平面ACF的法向量,再求出面DCF的法向量,则二面角即为两法向量所成角或者其补角,故两法向量夹角的余弦值为满足,即可求出PA的长度.
试题解析:
(1)由,
得
,
.
又面
,所以以
分别为
轴建立坐标系如图.
则
设,则
.
设,
得:
.
解得:,
,
,
所以. 5分
所以,
,
.
设面的法向量为
,则
,取
.
因为,且
面
,所以
平面
. 9分
(2)设面法向量为
, 因为
,
,
所以,取
. 11分
由,得
.
,
,所以
. 15分
如图,四棱柱中,
底面
.四边形
为梯形,
,且
.过
三点的平面记为
,
与
的交点为
.
(1)证明:为
的中点;
(2)求此四棱柱被平面所分成上下两部分的体积之比;
(3)若,
,梯形
的面积为6,求平面
与底面
所成二面角大小.
正确答案
(1)为
的中点;(2)
;(3)
.
试题分析:(1)利用面面平行来证明线线平行∥
,则出现相似三角形,于是根据三角形相似即可得出
,即
为
的中点.(2)连接
.设
,梯形
的高为
,四棱柱被平面
所分成上下两部分的体积分别为
和
,
,则
.先表示出
和
,就可求出
,从而
.(3)可以有两种方法进行求解.第一种方法,用常规法,作出二面角.在
中,作
,垂足为
,连接
.又
且
,所以
平面
,于是
.所以
为平面
与底面
所成二面角的平面角.第二种方法,建立空间直角坐标系,以
为原点,
分别为
轴和
轴正方向建立空间直角坐标系.设
.因为
,所以
.从而
,
,所以
,
.设平面
的法向量
,再利用向量求出二面角.
(1)证:因为∥
,
∥
,
,
所以平面∥平面
.从而平面
与这两个平面的交线相互平行,即
∥
.
故与
的对应边相互平行,于是
.
所以,即
为
的中点.
(2)解:如图,连接.设
,梯形
的高为
,四棱柱被平面
所分成上下两部分的体积分别为
和
,
,则
.
,
,
所以,
又
所以,
故.
(3)解法1如第(20)题图1,在中,作
,垂足为
,连接
.又
且
,所以
平面
,于是
.
所以为平面
与底面
所成二面角的平面角.
因为∥
,
,所以
.
又因为梯形的面积为6,
,所以
.
于是.
故平面与底面
所成二面角的大小为
.
解法2如图,以为原点,
分别为
轴和
轴正方向建立空间直角坐标系.
设.因为
,所以
.
从而,
,
所以,
.
设平面的法向量
,
由得
,
所以.
又因为平面的法向量
,
所以,
故平面与底面
所成而面积的大小为
.
如图,在△ABC中,∠ABC=,∠BAC
,AD是BC上的高,沿AD把△ABD折起,使∠BDC
.
(1)证明:平面ADB⊥平面BDC;
(2)设E为BC的中点,求与
夹角的余弦值.
正确答案
(1)见解析 (2)
(1)确定图形在折起前后的不变性质,如角的大小不变,线段长度不变,线线关系不变,再由面面垂直的判定定理进行推理证明;(2)在(1)的基础上确定出三线两两垂直,建立空间直角坐标系,利用向量的坐标和向量的数量积运算求解.
(1)∵折起前AD是BC边上的高,
∴当△ABD折起后, AD⊥DC,AD⊥DB,
又,∴AD⊥平面BDC,
∵AD平面ABD,∴平面ABD⊥平面BDC.
(2)由∠BDC及(1)知DA,DB,DC两两垂直,不妨设|DB|=1,以D为坐标原点,以
,
,
所在直线为
轴建立如图所示的空间直角坐标系,易得:
D(0,0,0),B(1,0,0),C(0,3,0),A(0,0,),E(
,
,0),
所以,
,
∴
所以与
夹角的余弦值是
.
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