- 空间向量的概念
- 共438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。
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),"
记,则
取
又平面ANM的一个法向量,所以cos
=
即为所求。 14分
如图,在边长为1的等边三角形ABC中,D,E分别是AB,AC边上的点,AD=AE,F是BC的中点,AF与DE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
中
也成立, ,
平面
,
平面
,
平面
;
(2)在等边三角形中,
是
的中点,所以
①,
.
在三棱锥
中,
,
②
;
(3)由(1)可知,结合(2)可得
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
又平面
,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
又平面
,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
,
则,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
,
,
当时,
最大为
(12分)
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,
则,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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