• 直线、平面平行的判定及其性质
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题型: 单选题
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单选题

空间四边形ABCD中,各边与对角线均相等,则AB与平面BCD成的角是(  )

A

B

C

D

正确答案

A

解析

解:由题意可得多面体ABCD为正四面体,设点A在平面BCD内的射影为O,则O是等边△BCD的中心,∠ABO为所求.

设正四面体的棱长为1,则OB=×AB=

Rt△AOB中,cos∠ABO===,∴∠ABO=arccos

故AB与平面BCD成的角是arccos

故选A.

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题型: 单选题
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单选题

在棱长均为2的正四棱锥P-ABCD中,点E为PC的中点,则下列命题正确的是(  )

ABE∥平面PAD,且BE到平面PAD的距离为

BBE∥平面PAD,且BE到平面PAD的距离为

CBE与平面PAD不平行,且BE与平面PAD所成的角大于30°

DBE与平面PAD不平行,且BE与平面PAD所成的角小于30°

正确答案

D

解析

解:连接AC,BD,交点为O,以O为坐标原点,OC,OD,OP方向分别x,y,z轴正方向建立空间坐标系

由正四棱锥P-ABCD的棱长均为2,点E为PC的中点,

则O(0,0,0),A(-,0,0),B(0,-,0),C(,0,0),D(0,,0),P(0,0,),E(,0,

=(),=(-,0,-),=(0,,-),

=(x,y,z)是平面PAD的一个法向量,则,且

,令x=1

=(1,-1,-1)是平面PAD的一个法向量,

设BE与平面PAD所成的角为θ

则sinθ==

故BE与平面PAD不平行,且BE与平面PAD所成的角小于30°

故选D

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题型:简答题
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简答题

如图,已知矩形ABCD所在平面外一点P,PA⊥平面ABCD,E、F分别是AB、PC的中点.

(1)求证:EF∥平面PAD;

(2)若∠PDA=45°,求EF与平面ABCD所成的角的大小.

正确答案

(1)证明:取PD中点G,连接AG、FG,

因为EF分别为AB、PC的中点,

所以AE=AB,GF∥DC且GF=DC,

又在矩形ABCD中AB∥CD且AB=CD,

所以AE∥GF且AE=GF,

所以四边形AEFG是平行四边形,

所以AG∥EF且AG=EF

又AG⊂平面PAD,EF⊄平面PAD.

所以EF∥平面PAD;

(2)解:∵AG∥EF,

∴AG与平面ABCD所成的角等于EF与平面ABCD所成的角

过G作GH⊥AD,垂足为H,则GH∥PA

∵PA⊥平面ABCD,∴GH⊥平面ABCD,

∴∠GAH为AG与平面ABCD所成的角,即为所求角,

∵∠PDA=45°,G为PD的中点

∴∠GAH=45°

即EF与平面ABCD所成的角为45°.

解析

(1)证明:取PD中点G,连接AG、FG,

因为EF分别为AB、PC的中点,

所以AE=AB,GF∥DC且GF=DC,

又在矩形ABCD中AB∥CD且AB=CD,

所以AE∥GF且AE=GF,

所以四边形AEFG是平行四边形,

所以AG∥EF且AG=EF

又AG⊂平面PAD,EF⊄平面PAD.

所以EF∥平面PAD;

(2)解:∵AG∥EF,

∴AG与平面ABCD所成的角等于EF与平面ABCD所成的角

过G作GH⊥AD,垂足为H,则GH∥PA

∵PA⊥平面ABCD,∴GH⊥平面ABCD,

∴∠GAH为AG与平面ABCD所成的角,即为所求角,

∵∠PDA=45°,G为PD的中点

∴∠GAH=45°

即EF与平面ABCD所成的角为45°.

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题型:简答题
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简答题

如图,ABCD-A1B1C1D1是棱长为1的正方体,四棱锥P-A1B1C1D1中,P∈平面DCC1D1,PC1=PD1=

(1)求证:平面PA1B1∥平面ABC1D1

(2)求直线PA1与平面ADD1A1所成角的正切值.

正确答案

(1)证明:取D1C1的中点H,连接PH,AH.

∵PC1=PD1=,D1C1=1,P∈平面DCC1D1

∴PH⊥D1C1,D1H=

∴PH==1

∴PH∥D1D∥A1A,PH=A1A,

∴四边形PA1AH为平行四边形,

∴PA1∥AH,

又AH⊂平面ABC1D1,PA1⊄平面ABC1D1

∴PA1∥平面ABC1D1

同理PB1∥平面ABC1D1

∵PA1∩PB1=P,

∴平面PA1B1∥平面ABC1D1

(2)解:∵PA1∥AH,

∴直线PA1与平面ADD1A1所成角等于直线AH与平面ADD1A1所成角.

正方体ABCD-A1B1C1D1中,显然HD1⊥平面ADD1A1

∴∠HAD1就是直线AH与平面ADD1A1所成角.

在Rt△HAD1中,D1H=,AD1=

∴tan∠HAD1==

∴直线PA1与平面ADD1A1所成角的正切值为

解析

(1)证明:取D1C1的中点H,连接PH,AH.

∵PC1=PD1=,D1C1=1,P∈平面DCC1D1

∴PH⊥D1C1,D1H=

∴PH==1

∴PH∥D1D∥A1A,PH=A1A,

∴四边形PA1AH为平行四边形,

∴PA1∥AH,

又AH⊂平面ABC1D1,PA1⊄平面ABC1D1

∴PA1∥平面ABC1D1

同理PB1∥平面ABC1D1

∵PA1∩PB1=P,

∴平面PA1B1∥平面ABC1D1

(2)解:∵PA1∥AH,

∴直线PA1与平面ADD1A1所成角等于直线AH与平面ADD1A1所成角.

正方体ABCD-A1B1C1D1中,显然HD1⊥平面ADD1A1

∴∠HAD1就是直线AH与平面ADD1A1所成角.

在Rt△HAD1中,D1H=,AD1=

∴tan∠HAD1==

∴直线PA1与平面ADD1A1所成角的正切值为

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题型:简答题
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简答题

如图,空间四边形ABCD中,AB⊥CD,DE是AB与CD的公垂线段,且 AE=BE=DE.

(1)证明:AC⊥BD;

(2)若∠ACB=60°,求直线BD与平面ABC所成的角的大小.

正确答案

(1)证明:由已知AB⊥CD,DE⊥CD,AB∩DE=E,

可得CD⊥平面ABD.

又△ABD中,AE=BE=DE,DE⊥AB,

∴AD=BD,AD⊥BD,

又AD为AC在平面ABD内的射影,

∴AC⊥BD;

(2)解:连结CE,作DH⊥CE于H,连结BH.

由AB⊥DE,AB⊥CD知,AB⊥平面CDE,

∴平面ABC⊥平面CDE,

又DH⊥CE,∴DH⊥平面ABC,

故BD与平面ABC所成的角为∠DBH.

∵Rt△CAD≌Rt△CBD,

∴AC=BC,

又∠ACB=60°,

∴△ABC为等边三角形.

记AB=a,则CE=a,DE=a,BD=a.

在Rt△CDE中,CD=a,∴DH==a,

故在Rt△BDH中,sin∠DBH=

故BD与平面ABC所成的角为arcsin

解析

(1)证明:由已知AB⊥CD,DE⊥CD,AB∩DE=E,

可得CD⊥平面ABD.

又△ABD中,AE=BE=DE,DE⊥AB,

∴AD=BD,AD⊥BD,

又AD为AC在平面ABD内的射影,

∴AC⊥BD;

(2)解:连结CE,作DH⊥CE于H,连结BH.

由AB⊥DE,AB⊥CD知,AB⊥平面CDE,

∴平面ABC⊥平面CDE,

又DH⊥CE,∴DH⊥平面ABC,

故BD与平面ABC所成的角为∠DBH.

∵Rt△CAD≌Rt△CBD,

∴AC=BC,

又∠ACB=60°,

∴△ABC为等边三角形.

记AB=a,则CE=a,DE=a,BD=a.

在Rt△CDE中,CD=a,∴DH==a,

故在Rt△BDH中,sin∠DBH=

故BD与平面ABC所成的角为arcsin

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题型:简答题
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简答题

如图,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,AB=BC=AA1=2,则BC1与平面BB1D1D所成角为 ______

正确答案

解:以D点为坐标原点,以DA、DC、DD1所在的直线为x轴、y轴、z轴,建立空间直角坐标系,

则A(2,0,0),B(2,2,0),C(0,2,0),C1(0,2,2)

=(-2,0,2),=(-2,2,0),且为平面BB1D1D的一个法向量.

∴cos<>═

∴BC1与平面BB1D1D所成角为:30°

故答案为:30°.

解析

解:以D点为坐标原点,以DA、DC、DD1所在的直线为x轴、y轴、z轴,建立空间直角坐标系,

则A(2,0,0),B(2,2,0),C(0,2,0),C1(0,2,2)

=(-2,0,2),=(-2,2,0),且为平面BB1D1D的一个法向量.

∴cos<>═

∴BC1与平面BB1D1D所成角为:30°

故答案为:30°.

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题型:简答题
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简答题

如图,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是矩形,PA⊥平面ABCD,PA=AD=2,AB=1,BM⊥PD于点M.

(1)求证:AM⊥PD;

(2)求直线BM与平面ABCD所成的角的正弦值.

正确答案

(1)证明:∵PA⊥平面ABCD,AB⊂平面ABCD,∴PA⊥AB.

∵AB⊥AD,AD∩PA=A AD⊂平面PAD,PA⊂平面PAD,

∴AB⊥平面PAD.∵PD⊂平面PAD,∴AB⊥PD.

∵BM⊥PD,AB∩BM=B,AB⊂平面ABM,

BM⊂平面ABM,∴PD⊥平面ABM.

∵AM⊂平面ABM,∴AM⊥PD.

(2)解:由(1)知,AM⊥PD,又PA=AD,

则M是PD的中点,作MN⊥AD,N为垂足,则N为AD的中点,

MN∥PA,MN=PA=1,AD⊥平面ABCD,

∠MBN为直线BM与平面ABCD所成的角.

Rt△MMB中,MN=1 BN===,∴BM==

∴sin∠MBN===

解析

(1)证明:∵PA⊥平面ABCD,AB⊂平面ABCD,∴PA⊥AB.

∵AB⊥AD,AD∩PA=A AD⊂平面PAD,PA⊂平面PAD,

∴AB⊥平面PAD.∵PD⊂平面PAD,∴AB⊥PD.

∵BM⊥PD,AB∩BM=B,AB⊂平面ABM,

BM⊂平面ABM,∴PD⊥平面ABM.

∵AM⊂平面ABM,∴AM⊥PD.

(2)解:由(1)知,AM⊥PD,又PA=AD,

则M是PD的中点,作MN⊥AD,N为垂足,则N为AD的中点,

MN∥PA,MN=PA=1,AD⊥平面ABCD,

∠MBN为直线BM与平面ABCD所成的角.

Rt△MMB中,MN=1 BN===,∴BM==

∴sin∠MBN===

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题型:简答题
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简答题

如图,四棱锥S-ABCD的高为2,底面ABCD是边长为的正方形,顶点S在底面上的射影是正方形ABCD的中心O.K是棱SC的中点.试求直线AK与平面SBC所成角的正弦值.(用空间向量解题)

正确答案

解:AC∩BD=O,以O为坐标原点,OA为x轴,OB为y轴,OS为z轴建立空间坐标系.则A(2,0,0),B(0,2,0)C(-2,0,0),S(0,0,2)

所以

是平面SBC的一个法向量,易求得

设θ为AK与平面SBC所成的角,因为

所以:

解析

解:AC∩BD=O,以O为坐标原点,OA为x轴,OB为y轴,OS为z轴建立空间坐标系.则A(2,0,0),B(0,2,0)C(-2,0,0),S(0,0,2)

所以

是平面SBC的一个法向量,易求得

设θ为AK与平面SBC所成的角,因为

所以:

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题型:简答题
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简答题

如图,四边形ABCD为菱形,ACFE为平行四边形,且面ACFE⊥面ABCD,AB=BD=2,AE=,设BD与AC相交于点G,H为FG的中点.

(Ⅰ)证明:CH⊥面BFD;

(Ⅱ)若CH=,求EF与面EDB所成角的大小.

正确答案

(Ⅰ)证明:四边形ABCD为菱形

所以:BD⊥AC

又面ACEF⊥面ABCD

所以:BD⊥平面ACFE

所以:BD⊥CH

即:CH⊥BD

又H为FG的中点,CG=CF=

所以:CH⊥FG

所以:CH⊥面BFD.

(Ⅱ)连接EG,由(Ⅰ)知BD⊥平面ACFE

所以:面EFG⊥面BED

所以:EF与平面EDB所成的角即为∠FEG.

在△FCG中,CG=CF=,CH=,CH⊥GF

所以∠GCF=120°,GF=3

所以EG=,又因为EF=2

所以在△EFG中,可求得∠FEG=60°

解析

(Ⅰ)证明:四边形ABCD为菱形

所以:BD⊥AC

又面ACEF⊥面ABCD

所以:BD⊥平面ACFE

所以:BD⊥CH

即:CH⊥BD

又H为FG的中点,CG=CF=

所以:CH⊥FG

所以:CH⊥面BFD.

(Ⅱ)连接EG,由(Ⅰ)知BD⊥平面ACFE

所以:面EFG⊥面BED

所以:EF与平面EDB所成的角即为∠FEG.

在△FCG中,CG=CF=,CH=,CH⊥GF

所以∠GCF=120°,GF=3

所以EG=,又因为EF=2

所以在△EFG中,可求得∠FEG=60°

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题型:简答题
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简答题

如图1,四面体ABCD及其三视图(如图2所示),过棱AB的中点E作平行于AD,BC的平面分别交四面体的棱BD,DC,CA于点F,G,H.

(Ⅰ)证明:四边形EFGH是矩形;

(Ⅱ)求直线AB与平面EFGH夹角θ的正弦值.

正确答案

(Ⅰ)证明:由三视图可知,四面体ABCD的底面BDC是以∠BDC为直角的等腰直角三角形,

且侧棱AD⊥底面BDC.

如图,

∵AD∥平面EFGH,平面ADB∩平面EFGH=EF,AD⊂平面ABD,

∴AD∥EF.

∵AD∥平面EFGH,平面ADC∩平面EFGH=GH,AD⊂平面ADC,

∴AD∥GH.

由平行公理可得EF∥GH.

∵BC∥平面EFGH,平面DBC∩平面EFGH=FG,BC⊂平面BDC,

∴BC∥FG.

∵BC∥平面EFGH,平面ABC∩平面EFGH=EH,BC⊂平面ABC,

∴BC∥EH.

由平行公理可得FG∥EH.

∴四边形EFGH为平行四边形.

又AD⊥平面BDC,BC⊂平面BDC,

∴AD⊥BC,则EF⊥EH.

∴四边形EFGH是矩形;

(Ⅱ)解:

解法一:取AD的中点M,连结,显然ME∥BD,MH∥CD,MF∥AB,且ME=MH=1,平面MEH⊥平面EFGH,取EH的中点N,连结MN,则MN⊥EH,

∴MN⊥平面EFGH,则∠MFN就是MF(即AB)与平面EFGH所成的角θ,

∵△MEH是等腰直角三角形,

∴MN=,又MF=AB=

∴sin∠AFN==,即直线AB与平面EFGH夹角θ的正弦值是

解法二:分别以DB,DC,DA所在直线为x,y,z轴建立空间直角坐标系,

由三视图可知DB=DC=2,DA=1.

又E为AB中点,

∴F,G分别为DB,DC中点.

∴A(0,0,1),B(2,0,0),F(1,0,0),E(1,0,),G(0,1,0).

设平面EFGH的一个法向量为

,得,取y=1,得x=1.

则sinθ=|cos<>|===

解析

(Ⅰ)证明:由三视图可知,四面体ABCD的底面BDC是以∠BDC为直角的等腰直角三角形,

且侧棱AD⊥底面BDC.

如图,

∵AD∥平面EFGH,平面ADB∩平面EFGH=EF,AD⊂平面ABD,

∴AD∥EF.

∵AD∥平面EFGH,平面ADC∩平面EFGH=GH,AD⊂平面ADC,

∴AD∥GH.

由平行公理可得EF∥GH.

∵BC∥平面EFGH,平面DBC∩平面EFGH=FG,BC⊂平面BDC,

∴BC∥FG.

∵BC∥平面EFGH,平面ABC∩平面EFGH=EH,BC⊂平面ABC,

∴BC∥EH.

由平行公理可得FG∥EH.

∴四边形EFGH为平行四边形.

又AD⊥平面BDC,BC⊂平面BDC,

∴AD⊥BC,则EF⊥EH.

∴四边形EFGH是矩形;

(Ⅱ)解:

解法一:取AD的中点M,连结,显然ME∥BD,MH∥CD,MF∥AB,且ME=MH=1,平面MEH⊥平面EFGH,取EH的中点N,连结MN,则MN⊥EH,

∴MN⊥平面EFGH,则∠MFN就是MF(即AB)与平面EFGH所成的角θ,

∵△MEH是等腰直角三角形,

∴MN=,又MF=AB=

∴sin∠AFN==,即直线AB与平面EFGH夹角θ的正弦值是

解法二:分别以DB,DC,DA所在直线为x,y,z轴建立空间直角坐标系,

由三视图可知DB=DC=2,DA=1.

又E为AB中点,

∴F,G分别为DB,DC中点.

∴A(0,0,1),B(2,0,0),F(1,0,0),E(1,0,),G(0,1,0).

设平面EFGH的一个法向量为

,得,取y=1,得x=1.

则sinθ=|cos<>|===

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