- 直线、平面平行的判定及其性质
- 共5998题
如图,在三棱锥S-ABC中,SA⊥平面ABC,AB=AC=1,SA=2,D为BC的中点.M为SB上的点,且AM=
.
(1)求证:SC∥面ADM;
(2)若三棱锥S-ABC的体积为,且∠BAC为钝角,求直线DM与平面SAD所成角的正弦值.
正确答案
(1)证明:因为SA⊥平面ABC,所以SA⊥AB,
△SAB中,勾股定理有SB=.
因为AM=,三角形为直角三角形,所以M为SB中点,
又D为BC中点,所以DM为三角形SBC中位线,
所以DM∥SC,
因为SC⊄面ADM,DM⊂面ADM,
所以SC∥面ADM;
(2)解:∵三棱锥S-ABC的体积为,∴
AB×AC×SCsinBAC=
,则∠BAC=120°
△BAC为等腰三角形,D为BC的中点,∴AD⊥BC,SD⊥BC,
故SC与平面SAD夹角为∠SCD,
∵CD=,SC=
,∴SD=
,
∴sin∠SCD=,
∵DM∥SC,
∴直线DM与平面SAD所成角的正弦值为.
解析
(1)证明:因为SA⊥平面ABC,所以SA⊥AB,
△SAB中,勾股定理有SB=.
因为AM=,三角形为直角三角形,所以M为SB中点,
又D为BC中点,所以DM为三角形SBC中位线,
所以DM∥SC,
因为SC⊄面ADM,DM⊂面ADM,
所以SC∥面ADM;
(2)解:∵三棱锥S-ABC的体积为,∴
AB×AC×SCsinBAC=
,则∠BAC=120°
△BAC为等腰三角形,D为BC的中点,∴AD⊥BC,SD⊥BC,
故SC与平面SAD夹角为∠SCD,
∵CD=,SC=
,∴SD=
,
∴sin∠SCD=,
∵DM∥SC,
∴直线DM与平面SAD所成角的正弦值为.
在长方体ABCD-A1B1C1D1中,若AB=2,BC=1,AA1=3,则BC1与平面BB1D1D所成的角θ可用反三角函数值表示为θ=______.
正确答案
解析
解:过点C1作B1D1的垂线,垂足为点O,连接BO,在长方体中由AB=2,BC=1,
由长方体的性质可知BB1⊥面A1B1C1D1,从而有OC1⊥BB1,且BB1∩B1D1=B1
∴OC1⊥平面BB1D1D
则∠C1BO为则BC1与平面BB1D1D所成角
在Rt△BOC1中,
∴
故答案为:.
如图,正方体ABCD-A1B1C1D1中,P、Q分别是AD1、BD的中点.
(1)求证:PQ∥平面DCC1D1;
(2)求PQ与平面BB1D1D所成角.
正确答案
(1)证明:连接AC,CD1,AC∩BD=Q
∵P、Q分别是AD1、AC的中点
∴PQ∥CD1,
∵CD1⊂平面DCC1D1,
∴PQ∥平面DCC1D1;
(2)解:由(1)知PQ∥CD1,∴PQ与平面BB1D1D所成角等于CD1与平面BB1D1D所成角
连接D1Q,由AC⊥BD,AC⊥DD1,得AC⊥平面BB1D1D,∴∠CDQ1是CD1与平面BB1D1D所成角
在直角△CDQ1中,sin∠CDQ1==
∴∠CDQ1=30°
∴PQ与平面BB1D1D所成角等于30°.
解析
(1)证明:连接AC,CD1,AC∩BD=Q
∵P、Q分别是AD1、AC的中点
∴PQ∥CD1,
∵CD1⊂平面DCC1D1,
∴PQ∥平面DCC1D1;
(2)解:由(1)知PQ∥CD1,∴PQ与平面BB1D1D所成角等于CD1与平面BB1D1D所成角
连接D1Q,由AC⊥BD,AC⊥DD1,得AC⊥平面BB1D1D,∴∠CDQ1是CD1与平面BB1D1D所成角
在直角△CDQ1中,sin∠CDQ1==
∴∠CDQ1=30°
∴PQ与平面BB1D1D所成角等于30°.
(2014秋•成都校级月考)如图,在棱长为2的正方体ABCD-A1B1C1D1中,E、F分别为棱AD、C1D1的中点,
(Ⅰ) 分别作出四边形BED1F在平面ABCD、ABB1A1、BCC1B1内的投影,并求出投影的面积;
投影一的面积为______;
投影二的面积为______;
投影三的面积为______;
(Ⅱ) 直线BF与ED1相交吗?答案:______;求直线BE与D1F所成角的正弦值.
正确答案
解:(Ⅰ)投影一的面积为2×2=4;投影二的面积为2×2=4;投影三的面积为2×2=4;
(Ⅱ) 直线BF与ED1不相交,是异面直线;
取BC的中点,则EG∥D1F,
∴∠BEG是直线BE与D1F所成角,
∵BG=1,BE=,
∴直线BE与D1F所成角的正弦值为.
故答案为:4,4,4,不.
解析
解:(Ⅰ)投影一的面积为2×2=4;投影二的面积为2×2=4;投影三的面积为2×2=4;
(Ⅱ) 直线BF与ED1不相交,是异面直线;
取BC的中点,则EG∥D1F,
∴∠BEG是直线BE与D1F所成角,
∵BG=1,BE=,
∴直线BE与D1F所成角的正弦值为.
故答案为:4,4,4,不.
如图,四边形ABCD中(图1),E是BC的中点,DB=2,DC=1,BC=
,AB=AD=
,将(图1)沿直线BD折起,使二面角A-BD-C为60°(如图2)
(1)求证:AE⊥平面BDC;
(2)求直线AE与平面ADC所成角的正弦值.
正确答案
(1)证明:如图1取BD中点M,连接AM,ME.
∵AB=AD=,
∴AM⊥BD
∵DB=2,DC=1,BC=,
DB2+DC2=BC2,
∴△BCD是BC为斜边的直角三角形,BD⊥DC,
∵E是BC的中点,∴ME为△BCD的中位线
∴ME∥CD,ME=CD,
∴ME⊥BD,ME=,
∴∠AME是二面角A-BD-C的平面角,
∴∠AME=60°…(3分)
∵AM⊥BD,ME⊥BD且AM、ME是平面AME内两相交于M的直线,
∴BD⊥平面AEM∵AE⊂平面AEM,
∴BD⊥AE
∵AB=AD=,DB=2,
∴△ABD为等腰直角三角形,
∴AM=BD=1,
∴AAE2=AM2+ME2-2AM•ME•cos∠AME=,
∴AE=,
∴AE2+ME2=1=AM2,
∴AE⊥ME=M,
∴BD∩ME,BD⊂平面BDC,ME⊂面BDC,
∴AE⊥平面BDC …(6分)
(2)解:如图2,以M为原点MB为x轴,ME为y轴,建立空间直角坐标系M-xyz,
则由(1)及已知条件可知B(1,0,0),E(0,,0),A(0,
,
),D(-1,0,0),C(-1,1,0),
∴=(1,
,
),
=(0,1,0),
=(0,0,-
),…(8分)
设平面ACD的法向量为=(x,y,z)
则,∴
=(
,0,-2),
设直线AE与平面ADC所成角为α,则sinα==
…(10分)
∴直线AE与平面ADC所成角的正弦值为 …(12分)
解析
(1)证明:如图1取BD中点M,连接AM,ME.
∵AB=AD=,
∴AM⊥BD
∵DB=2,DC=1,BC=,
DB2+DC2=BC2,
∴△BCD是BC为斜边的直角三角形,BD⊥DC,
∵E是BC的中点,∴ME为△BCD的中位线
∴ME∥CD,ME=CD,
∴ME⊥BD,ME=,
∴∠AME是二面角A-BD-C的平面角,
∴∠AME=60°…(3分)
∵AM⊥BD,ME⊥BD且AM、ME是平面AME内两相交于M的直线,
∴BD⊥平面AEM∵AE⊂平面AEM,
∴BD⊥AE
∵AB=AD=,DB=2,
∴△ABD为等腰直角三角形,
∴AM=BD=1,
∴AAE2=AM2+ME2-2AM•ME•cos∠AME=,
∴AE=,
∴AE2+ME2=1=AM2,
∴AE⊥ME=M,
∴BD∩ME,BD⊂平面BDC,ME⊂面BDC,
∴AE⊥平面BDC …(6分)
(2)解:如图2,以M为原点MB为x轴,ME为y轴,建立空间直角坐标系M-xyz,
则由(1)及已知条件可知B(1,0,0),E(0,,0),A(0,
,
),D(-1,0,0),C(-1,1,0),
∴=(1,
,
),
=(0,1,0),
=(0,0,-
),…(8分)
设平面ACD的法向量为=(x,y,z)
则,∴
=(
,0,-2),
设直线AE与平面ADC所成角为α,则sinα==
…(10分)
∴直线AE与平面ADC所成角的正弦值为 …(12分)
如图,已知AB⊥平面ACD,DE⊥平面ACD,三角形ACD是正三角形,且AD=DE=2AB,F是CD的中点.
(1)求证:平面CBE⊥平面CDE;
(2)求直线EF与平面CBE所成角的正弦值.
正确答案
(1)证明:因为DE⊥平面ACD,DE⊂平面CDE,所以平面CDE⊥平面ACD.
在底面ACD中,AF⊥CD,由面面垂直的性质定理知,AF⊥平面CDE.取CE的中点M,
连接BM、FM,由已知可得FM=AB且FM∥AB,则四边形FMBA为平行四边形,
从而BM∥AF.
所以BM⊥平面CDE.
又BM⊂平面BCE,则平面CBE⊥平面CDE.…(7分)
(2)法一:过F作FN⊥CE交CE于N,则FN⊥平面CBE,连接EF,则∠NEF就是直线
EF与平面CBE所成的角…(11分)
设AB=1,则,在Rt△EFN中,
.
故直线EF与平面CBE所成角的正弦值为.…(15分)
法二:以F为坐标原点,FD、FA、FM所在直线为x,y,z轴,建立空间直角坐标系,如图
所示.F(0,0,0),E(1,0,2),,C(-1,0,0),平面CBE的一个法向量
为…(11分)
则 =
故直线EF与平面CBE所成角的正弦值为.…(15分)
解析
(1)证明:因为DE⊥平面ACD,DE⊂平面CDE,所以平面CDE⊥平面ACD.
在底面ACD中,AF⊥CD,由面面垂直的性质定理知,AF⊥平面CDE.取CE的中点M,
连接BM、FM,由已知可得FM=AB且FM∥AB,则四边形FMBA为平行四边形,
从而BM∥AF.
所以BM⊥平面CDE.
又BM⊂平面BCE,则平面CBE⊥平面CDE.…(7分)
(2)法一:过F作FN⊥CE交CE于N,则FN⊥平面CBE,连接EF,则∠NEF就是直线
EF与平面CBE所成的角…(11分)
设AB=1,则,在Rt△EFN中,
.
故直线EF与平面CBE所成角的正弦值为.…(15分)
法二:以F为坐标原点,FD、FA、FM所在直线为x,y,z轴,建立空间直角坐标系,如图
所示.F(0,0,0),E(1,0,2),,C(-1,0,0),平面CBE的一个法向量
为…(11分)
则 =
故直线EF与平面CBE所成角的正弦值为.…(15分)
若三条射线OA、OB、OC两两成角60°,则直线OA与平面OBC所成的角为 ______.
正确答案
解析
解:由题意作出如下图形:
∵三条射线OA、OB、OC两两成角60°,
∴OA在底面的射影为∠BOC的角平分线即为OH,
又∵两两成60°,
∴不妨假设OA=OB=OC=a,则此三棱锥的所有棱长都为a,
∴H也应为底面三角形的中心即为点H,
∴OH=,在直角三角形OAH中以求得
,
有反三角函数知识可知OA与底平面的线面角既是,
故答案为:arccos.
如图l,等腰梯形ABCD中,AD∥BC,AB=AD,∠ABC=60°,E是BC的中点.如图2,将△ABE沿AE折起,使二面角B-AE-C成直二面角,连接BC,BD,P是棱BC的中点.
(1)在图2中求证:AE⊥BD;’
(2)EP是否平行平面BAD?并说明理由.
(3)求直线EB与平面BCD所成的角的余弦值.
正确答案
(1)证明:连接BD,取AE中点M,连接BM,DM.
∵在等腰梯形ABCD中,AD∥BC,AB=AD,∠ABC=60°,E是BC的中点
∴△ABE与△ADE都是等边三角形
∵M是AE的中点,
∴BM⊥AE,DM⊥AE
∵BM∩DM=M,BM,DM⊂平面BDM
∴AE⊥平面BDM
∵BD⊂平面BDM
∴AE⊥BD;
(2)解:EP与平面BAD不平行.
取BE的中点F,连接PF
∵P是棱BC的中点
∴PF∥CE
∵AD∥CE
∴PF∥AD
∵PF⊄平面BAD,AD⊂平面BAD
∴PF∥平面BAD
若EP∥平面BAD
∵FP∩EP=P
∴平面BEC∥平面BAD
这与平面BAD∩平面BEC=B矛盾
∴EP与平面BAD不平行.
(3)解:以M为坐标原点,分别以ME,MD,MB为x,y,z,设AE=2,则
E(1,0,0),B(0,0,),D(0,
,0),C(2,
,0)
∴,
,
设平面BCD的法向量为
∴
∴
∴平面BCD的法向量可以为(0,1,1)
设直线EB与平面BCD所成的角为α,则
∴
∴
解析
(1)证明:连接BD,取AE中点M,连接BM,DM.
∵在等腰梯形ABCD中,AD∥BC,AB=AD,∠ABC=60°,E是BC的中点
∴△ABE与△ADE都是等边三角形
∵M是AE的中点,
∴BM⊥AE,DM⊥AE
∵BM∩DM=M,BM,DM⊂平面BDM
∴AE⊥平面BDM
∵BD⊂平面BDM
∴AE⊥BD;
(2)解:EP与平面BAD不平行.
取BE的中点F,连接PF
∵P是棱BC的中点
∴PF∥CE
∵AD∥CE
∴PF∥AD
∵PF⊄平面BAD,AD⊂平面BAD
∴PF∥平面BAD
若EP∥平面BAD
∵FP∩EP=P
∴平面BEC∥平面BAD
这与平面BAD∩平面BEC=B矛盾
∴EP与平面BAD不平行.
(3)解:以M为坐标原点,分别以ME,MD,MB为x,y,z,设AE=2,则
E(1,0,0),B(0,0,),D(0,
,0),C(2,
,0)
∴,
,
设平面BCD的法向量为
∴
∴
∴平面BCD的法向量可以为(0,1,1)
设直线EB与平面BCD所成的角为α,则
∴
∴
设平面ABCD⊥平面ABEF,AB∥CD,AB∥EF,∠BAF=∠ABC=90°,BC=CD=AF=EF=1,AB=2.
(Ⅰ) 证明:CE∥平面ADF;
(Ⅱ) 求直线DF与平面BDE所成角的正弦值.
正确答案
(Ⅰ)证明:∵AB∥CD,AB∥EF,
∴CD∥EF.
又∵CD=EF,
∴四边形CDFE是平行四边形.
∴CE∥DF,
又CE⊄平面ADF,DF⊂平面ADF.
∴CE∥平面ADF.
(Ⅱ)解:如图所示,取AB的中点O,连接OE,OD.
由题意可得EO⊥平面ABCD,OD⊥平面ABEF.
建立空间直角坐标系.
可得B(0,-1,0),D(1,0,0),E(0,0,1),F(0,1,1).
=(1,1,0),
=(-1,0,1),
=(-1,1,1).
设平面BDE的法向量为=(x,y,z),
则,取
=(1,-1,1).
设直线DF与平面BDE所成角为θ,
则sinθ==
=
=
.
解析
(Ⅰ)证明:∵AB∥CD,AB∥EF,
∴CD∥EF.
又∵CD=EF,
∴四边形CDFE是平行四边形.
∴CE∥DF,
又CE⊄平面ADF,DF⊂平面ADF.
∴CE∥平面ADF.
(Ⅱ)解:如图所示,取AB的中点O,连接OE,OD.
由题意可得EO⊥平面ABCD,OD⊥平面ABEF.
建立空间直角坐标系.
可得B(0,-1,0),D(1,0,0),E(0,0,1),F(0,1,1).
=(1,1,0),
=(-1,0,1),
=(-1,1,1).
设平面BDE的法向量为=(x,y,z),
则,取
=(1,-1,1).
设直线DF与平面BDE所成角为θ,
则sinθ==
=
=
.
如图,四棱锥P-ABCD的底面为直角梯形,AD∥BC,∠BAD=90°,PD⊥平面ABCD,AD=AB=PD=3,BC=1,过AD作一平面分别相交PB,PC于电E,F
(Ⅰ)求证AD∥EF
(Ⅱ)设BE=BP,求AE于平面PBC所成的角的大小.
正确答案
解:(Ⅰ)证明:∵AD∥BC,AD⊄平面PBC,BC⊂平面PBC;
∴AD∥平面PBC;
又AD⊂平面ADFE,平面PBC∩平面ADFE=EF;
∴AD∥EF;
(Ⅱ)∵PD⊥平面ABCD,PD⊂平面PAD;
∴平面PAD⊥平面ABCD;
如图,在平面PAD内过点A作AG⊥AD,则AG⊥平面ABCD;
∵∠BAD=90°,∴AB,AD,AG三条直线两两垂直;
∴以A为坐标原点,分别以的方向为x轴,y轴,z轴的正方向建立空间直角坐标系,则:
A(0,0,0),B(3,0,0),C(3,1,0),D(0,3,0),P(0,3,3);
∴,
=(0,1,0);
设平面PBC的法向量,则:
由得,
;
∴,取z1=1;
∴平面PBC的一个法向量;
设点E(x,y,z),由得,
;
∴;
∴E(2,1,1);
∴;
设AE与平面PBC所成角的大小为θ,则:
sinθ=|cos|=
;
又θ∈[0,],∴
;
故AE与平面PBC所成角的大小为.
解析
解:(Ⅰ)证明:∵AD∥BC,AD⊄平面PBC,BC⊂平面PBC;
∴AD∥平面PBC;
又AD⊂平面ADFE,平面PBC∩平面ADFE=EF;
∴AD∥EF;
(Ⅱ)∵PD⊥平面ABCD,PD⊂平面PAD;
∴平面PAD⊥平面ABCD;
如图,在平面PAD内过点A作AG⊥AD,则AG⊥平面ABCD;
∵∠BAD=90°,∴AB,AD,AG三条直线两两垂直;
∴以A为坐标原点,分别以的方向为x轴,y轴,z轴的正方向建立空间直角坐标系,则:
A(0,0,0),B(3,0,0),C(3,1,0),D(0,3,0),P(0,3,3);
∴,
=(0,1,0);
设平面PBC的法向量,则:
由得,
;
∴,取z1=1;
∴平面PBC的一个法向量;
设点E(x,y,z),由得,
;
∴;
∴E(2,1,1);
∴;
设AE与平面PBC所成角的大小为θ,则:
sinθ=|cos|=
;
又θ∈[0,],∴
;
故AE与平面PBC所成角的大小为.
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