• 直线、平面平行的判定及其性质
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题型:简答题
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简答题

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

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题型:填空题
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填空题

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:

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题型:简答题
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简答题

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°.

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题型:简答题
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简答题

(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.

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题型:简答题
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简答题

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)

,∴=(,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)

,∴=(,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)

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题型:简答题
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简答题

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

…(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

…(11分)

则   =

故直线EF与平面CBE所成角的正弦值为.…(15分)

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题型:填空题
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填空题

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

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题型:简答题
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简答题

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

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题型:简答题
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简答题

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),

,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),

,取=(1,-1,1).

设直线DF与平面BDE所成角为θ,

则sinθ====

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题型:简答题
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简答题

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:

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:

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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