- 空间向量的概念
- 共438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
是
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
,
则,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
,
即,所以
,
因为向量是平面
的法向量,所以
,
即,解得
,所以点
的坐标为
,
所以.
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),
则,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).
设=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=.
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
,
,
,
,
又,
,
平面
6分
(2),
设平面的法向量为
,则
, 即
,令
,
则,
. 9分
平面
,
平面
的法向量
,即
,解得
12分
当
时,二面角
的大小为
. 13分
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 PA
BD
(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
(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
和
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,.
又,
所以,.
(2)设是平面
的法向量.
∴
又,
∴取
,可得
即平面
的一个法向量是
.
由(1)知,是平面
的一个法向量,
记与
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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