- 直线、平面平行的判定及其性质
- 共5998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( )
正确答案
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.
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( )
正确答案
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,
)
则=(
,
,
),
=(-
,0,-
),
=(0,
,-
),
设=(x,y,z)是平面PAD的一个法向量,则
⊥
,且
⊥
即,令x=1
则=(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
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°.
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.
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.
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°.
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==
=
.
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
设是平面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
设是平面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:.
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°
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).
则.
设平面EFGH的一个法向量为.
由,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).
则.
设平面EFGH的一个法向量为.
由,得
,取y=1,得x=1.
∴.
则sinθ=|cos<>|=
=
=
.
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