- 空间向量的概念
- 共438题
判断下列命题是否正确,若不正确,请简述理由.
①向量与
是共线向量,则A、B、C、D四点必在一直线上;
②单位向量都相等;
③任一向量与它的相反向量不相等;
④四边形ABCD是平行四边形的充要条件是=
⑤模为0是一个向量方向不确定的充要条件;
⑥共线的向量,若起点不同,则终点一定不同.
正确答案
①不正确.共线向量即平行向量,只要求方向相同或相反即可,并不要求两个向量、
在同一直线上.②不正确.单位向量模均相等且为1,但方向并不确定.
③不正确.零向量的相反向量仍是零向量,但零向量与零向量是相等的.④、⑤正确.
⑥不正确.如图与
共线,虽起点不同,但其终点却相同.
本题考查基本概念,对于零向量、单位向量、平行向量、共线向量的概念特征及相互关系必须把握好.
如图(1),四边形ABCD中,E是BC的中点,DB=2,DC=1,BC=,AB=AD=
.将图(1)沿直线BD折起,使得二面角ABDC为60°,如图(2).
(1)求证:AE⊥平面BDC;
(2)求直线AC与平面ABD所成角的余弦值.
正确答案
(1)见解析 (2)
解:(1)证明:取BD的中点F,连接EF,AF,
则AF=1,EF=,∠AFE=60°.
由余弦定理知
AE==
.
∵AE2+EF2=AF2,∴AE⊥EF.
∵AB=AD,F为BD中点.∴BD⊥AF.
又BD=2,DC=1,BC=,
∴BD2+DC2=BC2,
即BD⊥CD.
又E为BC中点,EF∥CD,∴BD⊥EF.
又EF∩AF=F,
∴BD⊥平面AEF.又BD⊥AE,
∵BD∩EF=F,
∴AE⊥平面BDC.
(2)以E为原点建立如图所示的空间直角坐标系,则A,
C,
B,
D,
=(2,0,0),
=
,
=
.
设平面ABD的法向量为n=(x,y,z),
由得
取z=,
则y=-3,又∵n=(0,-3,).
∴cos〈n,〉=
=-
.
故直线AC与平面ABD所成角的余弦值为.
如下图,在三棱锥中,
底面
,点
为以
为直径的圆上任意一动点,且
,点
是
的中点,
且交
于点
.
(1)求证:面
;
(2)当时,求二面角
的余弦值.
正确答案
(1)详见解析;(2).
试题分析:(1)由已知条件平面
得到
,再由已知条件得到
,从而得到
平面
,进而得到
,利用等腰三角形三线合一得到
,结合直线与平面垂直的判定定理得到
平面
,于是得到
,结合题中已知条件
以及直线与平面垂直的判定定理得到
平面
;(2)以
为坐标原点,
为
轴,
为
轴,建立空间直角坐标系
,利用空间向量法求二面角
的余弦值.
(1)证明:底面
,
,又易知
,
平面
,
,
又,
是
的中点,
,
平面
,
,
又已知,
平面
;
(2)如下图以为坐标原点,
为
轴,
为
轴,建立空间直角坐标系
,由于
,
可设,则
,
,
,
,
,
,
,
设平面的一个法向量
,
则,即
,
可得,
由(1)可知为面
的法向量,
易求
,
二面角
的余弦值是
.
已知四棱锥的底面是平行四边形,
,
,
面
,
且.若
为
中点,
为线段
上的点,且
.
(1)求证:平面
;
(2)求PC与平面PAD所成角的正弦值.
正确答案
(1)详见解析;(2).
试题分析:(1)连结BD交AC于O,取PF中点G,连结OF,BG,EG,利用EO,EG分别为BG,FC的中位线,得到它们对应平行,进而得到平面BEG与平面ACF平行,再由面面平行的性质得到线面平行.
(2)要求线面角,需要先找到线面角的代表角,即过C点做面PAD的垂线,因为PA垂直于底面,所以过C作线段AD的垂线与AD交于H,则CH垂直于面PAD,所以角CPH即为线面角的代表角,要求该角的正弦值,就需要求出PC与CH,可以利用△PAC和△ACH为直角三角形通过勾股定理求出,进而得到线面角的正弦值.
解:(1)证明1:连接BD交AC于点O,取中点
,连接
、
、
.
因为、
分别是
、
的中点, 所以
,
又 ,所以
2分
因为、
分别是
、
的中点,
所以,同理可得
4分
又 所以,平面
平面
.
又因为平面
,故
平面
. 6分
证明2:作AH垂直BC交BC于H
建立如图的空间直角坐标系O-XYZ,
令AD=PA=2,则AB=1
所以
为
中点,
所以
2分
设面AFC的一个法向量,又
由,
所以
令 4分
所以
所以 故
平面
. 6分
(2)解1:因为,
,所以
.
过C作AD的垂线,垂足为H,则,
,所以
平面PAD.
故为PC与平面PAD所成的角. 9分
设,则
,
,
,
所以,即为所求. 12分
解2:作AH垂直BC交BC于H,建立如图的空间直角坐标系O-XYZ,
令AD=PA=2,则AB=1,所以
8分
因为,所以面PCD的一个法向量为
10分
令PC与平面PAD所成的角为,则
故PC与平面PAD所成角的正弦值为
. 12分.
如图,四边形ABEF和四边形ABCD均是直角梯形,∠FAB=∠DAB=90°,AF=AB=BC=2,AD=1,FA⊥CD.
(1)证明:在平面BCE上,一定存在过点C的直线l与直线DF平行;
(2)求二面角FCDA的余弦值.
正确答案
(1)见解析 (2)
解:(1)证明:由已知得,BE∥AF,BC∥AD,BE∩BC=B,AD∩AF=A,
∴平面BCE∥平面ADF.
设平面DFC∩平面BCE=l,则l过点C.
∵平面BCE∥平面ADF,平面DFC∩平面BCE=l,
平面DFC∩平面ADF=DF.
∴DF∥l,即在平面BCE上一定存在过点C的直线l,使得DF∥l.
(2)∵FA⊥AB,FA⊥CD,AB与CD相交,
∴FA⊥平面ABCD.
故以A为原点,AD,AB,AF分别为x轴,y轴,z轴建立空间直角坐标系,如图.由已知得,D(1,0,0),C(2,2,0),F(0,0,2),
∴=(-1,0,2),
=(1,2,0).
设平面DFC的一个法向量为n=(x,y,z),
则⇒
不妨设z=1.
则n=(2,-1,1),不妨设平面ACD的一个法向量为m=(0,0,1).
∴cos〈m,n〉==
=
,
由于二面角FCDA为锐角,
∴二面角FCDA的余弦值为.
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