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题型:简答题
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简答题

如图,正方体的边长为2,分别为的中点,在五棱锥中,为棱的中点,平面与棱分别交于.

(1)求证:

(2)若底面,且,求直线与平面所成角的大小,并求线段的长.

正确答案

(1)详见解析;(2)2.

试题分析:(1)利用正方形的性质,证明,利用线面平行的判定定理证明平面,再用线面平行的性质定理证明;(2)由条件底面,证明

建立空间直角坐标系,利用向量法求解,先求平面的法向量,利用公式,求直线与平面所成的角,再设点,因为点在棱上,所以可设,利用向量的坐标运算,求的值,最后用空间中两点间的距离公式求.

(1)在正方形中,因为的中点,所以

因为平面,所以平面

因为平面,且平面平面

所以.

(2)因为底面,所以

如图建立空间直角坐标系,则

,设平面的法向量为

,即,令,则,所以

设直线与平面所成的角为,则

因此直线与平面所成的角为

设点,因为点在棱上,所以可设

,所以

因为向量是平面的法向量,所以

,解得,所以点的坐标为

所以.

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题型:简答题
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简答题

如图,四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,侧棱A1A⊥底面ABCD,AB∥DC,AB⊥AD,AD=CD=1,AA1=AB=2,E为棱AA1的中点.

(1)证明:B1C1⊥CE;

(2)求二面角B1-CE-C1的正弦值;

(3)设点M在线段C1E上,且直线AM与平面ADD1A1所成角的正弦值为,求线段AM的长.

正确答案

(1)见解析   (2)   (3)

解:本题可通过建立空间坐标系求解.

如图,以点A为原点建立空间直角坐标系,依题意得A(0,0,0),B(0,0,2),C(1,0,1),B1(0,2,2),C1(1,2,1),E(0,1,0).

(1)证明:易得=(1,0,-1),=(-1,1,-1),于是·=0,∴B1C1⊥CE.

(2)=(1,-2,-1).

设平面B1CE的法向量m=(x,y,z),

,即

消去x,得y+2z=0,不妨令z=1,可得一个法向量为m=(-3,-2,1).

由(1),B1C1⊥CE,又CC1⊥B1C1,可得B1C1⊥平面CEC1,故=(1,0,-1)为平面CEC1的一个法向量.

于是cos〈m,〉==-,从而sin〈m,〉=

故二面角B1-CE-C1的正弦值为.

(3)=(0,1,0),=(1,1,1).

=λ=(λ,λ,λ),0≤λ≤1,有=(λ,λ+1,λ).可取=(0,0,2)为平面ADD1A1的一个法向量.

设θ为直线AM与平面ADD1A1所成的角,则

sinθ=|cos〈〉|=

.

于是,解得λ= (λ=-舍去),

∴AM=.

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题型:简答题
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简答题

如图长方体中,底面ABCD是边长为1的正方形,E为延长线上的一点且满足.

(1)求证:平面

(2)当为何值时,二面角的大小为.

正确答案

(1)参考解析;(2)

试题分析:(1)依题意建立空间坐标系,假设点的坐标,表示相应的线段即可得到所对应的向量,再根据向量的数量积为零,即可得到结论.

(2)由(1)可得平面的法向量为,再用待定系数法求出平面的法向量,根据法向量所夹的锐角的值为.即可得到结论.

(1)如图所示建立空间直角坐标系,则A(1,0,0),C(0,1,0),设

由于,所以,并且,E(1,1,),           2分

平面                 6分

(2)

设平面的法向量为,则, 即,令

.          9分

平面平面的法向量

,即,解得     12分

时,二面角的大小为.         13分

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题型:简答题
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简答题

如图,四棱锥P-ABCD中,底面ABCD为平行四边形,∠DAB=60°,AB=2AD,PD⊥底面ABCD.

(1)证明:PA⊥BD;

(2)若PD=AD,求二面角A-PB-C的余弦值。

正确答案

(1)见解析   (2)

(1)因为, 由余弦定理得 

从而BD2+AD2= AB2,故BD AD;又PD 底面ABCD,可得BD PD

所以BD 平面PAD. 故 PABD

(2)如图,以D为坐标原点,AD的长为单位长,射线DA为轴的正半轴建立空间直角坐标系D-,则

,,,

设平面PAB的法向量为n=(x,y,z),则,

 即

因此可取n=

设平面PBC的法向量为m,则

可取m=(0,-1,)        

故二面角A-PB-C的余弦值为 

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简答题

(理)已知直三棱柱中,是棱的中点.如图所示.

 

(1)求证:平面

(2)求二面角的大小.

正确答案

(1)证明见解析;(2).

试题分析:(1)本题中由于是直棱柱,且底面中,即两两垂直,因此我们可以建立空间直角坐标系,用空间向量来解决立体几何问题,要证明线面垂直,只要在平面内任取两个不共线的向量如,只要计算出,就能证明线线垂直,从而得证线面垂直;(2)而要求二面角的大小,可通过求两个面的法向量的夹角来求,法向量的夹角与二面角互补或相等来求,下面就是想办法求法向量了,如平面,可设是它的法向量,利用,得到,只要令,就可得到一个法向量.

试题解析:(1)按如图所示建立空间直角坐标系.由题知,可得点

于是,

可算得

因此,

所以,

(2)设是平面的法向量.

,可得即平面的一个法向量是

由(1)知,是平面的一个法向量,

的夹角为,则

结合三棱柱可知,二面角是锐角,

∴所求二面角的大小是

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