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题型:简答题
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简答题

如图,已知四棱锥P-ABCD的底面ABCD是菱形,且PC⊥平面ABCD,PC=AC=2,E是PA的中点。

(1)求证:AC⊥平面BDE;

(2)若直线PA与平面PBC所成角为30°,求二面角P-AD-C的正切值;

(3)求证:直线PA与平面PBD所成的角φ为定值,并求sinφ值。

正确答案

(1)见解析       (2) tan∠PDC =  (3) sinφ=

(1)设CA与BD相交于O,连EO,

由底面ABCD是菱形得O是中点,且CA⊥BD,

E是PA的中点,得OE//PC

∵ PC⊥平面ABCD,∴OE⊥平面ABCD

∴ OE⊥AC

∴ AC⊥面BDE 

(2)由上知,建立如图坐标系,设BD=2a;

设平面的法向量为

,令x=1得

由题意PA与面PBC所成角为30°,得:得a=1。

解法一:当a=1时,底面ABCD是正方形,AD⊥CD

∵ PC⊥平面ABCD

∴ PC⊥AD

∴ AD⊥面PCD

则PD⊥AD

∠PDC是二面角P-AD-C的平面角,且tan∠PDC =解法二:当a=1时,

面ACD的法向量为(0,0,1),设面PAD的法向量为

令x=1,则

二面角P-AD-C的平面角为锐角θ,cosθ=,tanθ=(3)设面PBD的法向量为

令z=1得

则sinφ=为定值。

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简答题

如图,在三棱锥中,直线平面,且

,又点分别是线段的中点,且点是线段上的动点.

证明:直线平面

(2) 若,求二面角的平面角的余弦值.

正确答案

(1)参考解析;(2)

试题分析:(1)点分别是线段的中点所以, 平面PAC.所以平面PAC.同理证明MN 平面PAC.又由于.所以平面QMN平面PAC.又平面QMN.所以直线平面

(2)根据已知条件建立坐标系,写出关键点的坐标,并写出相应的向量,计算平面QAN与 MAN的法向量,求法向量的夹角,即可得到结论.

(1).连结QM   因为点分别是线段的中点

所以QM∥PA     MN∥AC     QM∥平面PAC   MN∥平面PAC

因为MN∩QM=M  所以平面QMN∥平面PAC    QK平面QMN

所以QK∥平面PAC         7分

(2)方法1:过M作MH⊥AN于H,连QH,则∠QHM即为

二面角的平面角, 令

即QM=AM=1所以

此时sin∠MAH=sin∠BAN=   MH=   记二面角的平面角为

则tan=    COS=即为所求。        14分

方法2:以B为原点,以BC、BA所在直线为x轴y轴建空间直角坐标系,设

则A(0,2,0),M(0,1,0),N(1,0,0),p(0,2,2),Q(0,1,1),

="(0,-1,1),"   

,则

   

又平面ANM的一个法向量,所以cos=

即为所求。              14分

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简答题

如图,在边长为1的等边三角形ABC中,DE分别是ABAC边上的点,AD=AEFBC的中点,AFDE交于点G,将沿AF折起,得到如图所示的三棱锥,其中.

(1) 证明://平面;

(2) 证明:平面;

(3)当时,求三棱锥的体积

正确答案

(1)详见解析;(2)详见解析;(3)

试题分析:(1)要证线面平行,我们可以转换为线线平行来证明;(2)要证明线面垂直,我们一般都转化为线线垂直来证明;(3)当求三棱锥的体积困难时,我们可以考虑利用顶点转换来解决.

试题解析:(1)在等边三角形中,,在折叠后的三棱锥

也成立, ,平面平面平面;

(2)在等边三角形中,的中点,所以①,.

 在三棱锥中,

;

(3)由(1)可知,结合(2)可得

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简答题

如图1,在Rt中, D、E分别是上的点,且,将沿折起到的位置,使,如图2.

(1)求证:平面平面

(2)若,求与平面所成角的余弦值;

(3)当点在何处时,的长度最小,并求出最小值.

正确答案

(1)详见解析;(2)直线BE与平面所成角的余弦值为;(3)当时,最大为 

试题分析:(1)折起之后, 又平面 

平面,由面面垂直的判定定理可得,平面平面 

(2)由(1)知,故以D为原点,分别为轴建立空间直角坐标系 利用空间向量中直线与平面的夹角公式即可得直线BE与平面所成角的余弦值 (3)利用(2)中的空间坐标可得:,利用二次函数的性质即可得其最大值

试题解析:(1)证明:在△中,

 又平面 

平面,又平面,故平面平面 (4分)

(2)由(1)知,故以D为原点,分别为轴建立空间直角坐标系 因为,则    5分

,设平面的一个法向量为

,取法向量,则直线BE与平面所成角的正弦值:

         8分

故直线BE与平面所成角的余弦值为                 (9分)

(3)设,则,则

时,最大为                   (12分)

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简答题

在斜三棱柱中,平面平面ABC,.

(1)求证:

(2)若,求二面角的余弦值.

正确答案

(1)证明过程详见解析;(2).

试题分析:本题主要考查线线垂直、线面垂直、面面垂直、线线平行、二面角的余弦等基础知识,考查学生的空间想象能力、逻辑推理能力、计算能力.第一问,利用面面垂直的性质得BC⊥平面A1ACC1,则利用线面垂直的性质得A1A⊥BC,由A1B⊥C1C,利用平行线A1A∥C1C,则A1A⊥A1B,利用线面垂直的判定得A1A⊥平面A1BC,则利用线面垂直的性质得A1A⊥A1C;第二问,建立空间直角坐标系,得到面上的点的坐标,计算出向量坐标,求出平面和平面的法向量,利用夹角公式计算出二面角的余弦值.

(1)因为平面A1ACC1⊥平面ABC,AC⊥BC,所以BC⊥平面A1ACC1

所以A1A⊥BC.

因为A1B⊥C1C,A1A∥C1C,所以A1A⊥A1B,

所以A1A⊥平面A1BC,所以A1A⊥A1C.      5分

(2)建立如图所示的坐标系C-xyz.

设AC=BC=2,因为A1A=A1C,

则A(2,0,0),B(0,2,0),A1(1,0,1),C(0,0,0).

=(0,2,0),=(1,0,1),=(-2,2,0).

设n1=(a,b,c)为面BA1C的一个法向量,则n1·=n1·=0,

,取n1=(1,0,-1).

同理,面A1CB1的一个法向量为n2=(1,1,-1).   9分

所以cosán1,n2ñ=

故二面角B-A1C-B1的余弦值为.      12分

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