- 平面与平面垂直的判定与性质
- 共123题
如图(6),四棱锥S—ABCD的底面是正方形,侧棱SA⊥底面ABCD,过A作AE垂直SB交SB于E点,作AH垂直SD交SD于H点,平面AEH交SC于K点,且AB=1,SA=2。
(1)设点P是SA上任一点,试求的最小值;
(2)求证:E、H在以AK为直径的圆上;
(3)求平面AEKH与平面ABCD所成的锐二面角的余弦值。
正确答案
见解析。
解析
(1)
将侧面SAB绕侧棱SA旋转到与侧面SAD在同一平面内,如右图示,
则当B、P、H三点共线时,取最小值,这时,
的
最小值即线段BH的长,
设,则
,
在中,∵
,∴
,
在三角形BAH中,有余弦定理得:
∴
(2)证明:∵SA⊥底面ABCD,∴SA⊥BC,又AB⊥BC,
∴BC⊥平面SAB,又平面SAB,∴EA⊥BC,
又∵AE⊥SB,∴AE⊥平面SBC ,
又平面SBC,∴EA⊥EK,
同理 AH⊥KH,∴E、H在以AK为直径的圆上
(3)方法一:如图,以A为原点,分别以AB、AD、AS所在的直线为x、y、z轴,建立空间直角坐标系如图示,
则S(0,0,2),C(1,1,0),由(1)可得AE⊥SC,AH⊥SC,∴SC⊥平面AEKH,
为平面AEKH的一个法向量,
为平面ABCDF的一个法向量,
设平面AEKH与平面ABCD所成的锐二面角的平面角为,
则
∴平面AEKH与平面ABCD所成的锐二面角的余弦值
【方法二:
由可知
,故
,
又∵面AEKH,
面AEKH, ∴
面AEKH.
设平面AEKH平面ABCD=l,∵
面AEKH,
∴
∵BD⊥AC,∴⊥AC,
又BD⊥SA,∴BD⊥平面SAC,又平面SAC,
∴BD⊥AK, ∴⊥AK,
∴为平面AEKH与平面ABCD所成的锐二面角的一个平面角,
∴平面AEKH与平面ABCD所成的锐二面角的余弦值为。
知识点
如图,四棱锥的底面为正方形,侧面
底面
。
为等腰直角三角形,且
。
,
分别为底边
和侧棱
的中点。
(1)求证:∥平面
;
(2)求证:平面
;
(3)求二面角的余弦值。
正确答案
见解析
解析
(1)证明:取的中点
,连接
,
.
因为,
分别是
,
的中点,
所以是△
的中位线.
所以∥
,且
。
又因为是
的中点,且底面
为正方形,
所以,且
∥
.
所以∥
,且
。
所以四边形是平行四边形。
所以∥
。
又平面
,
平面
,
所以平面
。 ……………4分
(2)证明: 因为平面平面
,
,且平面
平面
,
所以平面
。
所以,
。
又因为为正方形,所以
,
所以两两垂直.
以点为原点,分别以
为
轴,建立空间直角坐标系(如图)。
由题意易知,
设,则
,
,
,
,
,
,
。
因为,
,
,
且,
所以,
。
又因为,
相交于
,所以
平面
。 …………… 9分
(3)易得,
。
设平面的法向量为
,则
所以 即
令,则
。
由(2)可知平面的法向量是
,
所以 .
由图可知,二面角的大小为锐角,
所以二面角的余弦值为
。 ……………14分
知识点
如图,在四棱锥中,底面
是边长为
的正方形,侧面
底面
,且
,
、
分别为
、
的中点.
(1)求证:平面
;
(2) 求证:面平面
;
(3)在线段上是否存在点
,使得二面角
的余弦值为
?说明理由.
正确答案
见解析。
解析
(1)证明:连结,由正方形性质可知,
与
相交于
的中点
,
也为
中点,
为
中点.
所以在中,
//
又平面
,
平面
,
所以平面
(2)证明:因为平面平面
, 平面
面
为正方形,
,
平面
,所以
平面
.
又平面
,所以
.
又,所以
是等腰直角三角形,且
,即
.
又
,且
、
面
,所以
面
.
又面
, 所以面
面
(3)取的中点
,连结
,
,因为
,所以
.
又侧面底面
,平面
平面
, 所以
平面
,
而分别为
的中点,所以
,又
是正
方形,故
,[来源:学.科.网Z.X.X
以为原点,建立空间直角坐标系
,
则有,
,
,
,
,
若在上存在点
使得二面角
的余弦值为
,连结
,设
,
则,由(Ⅱ)知平面
的法向量为
,
设平面的法向量为
.则
,即
,解得
令,得
,来源:学.科.网]
所以,解得
(舍去
).
所以,线段上存在点
(
),使得二面角
的余弦值为
.
知识点
设是两条不同的直线,
是两个不同的平面,则下列命题正确的是
正确答案
解析
略
知识点
等边三角形ABC的边长为3,点D、E分别是边AB、AC上的点,且满足(如图1)。将
折起到
的位置,使二面角
成直二面角,连结
(如图2).
(1)求证:平面BCED;
(2)在线段BC上是否存在点P,使直线与平面
所成的角为
?若存在,求出PB的长,若不存在,请说明理由.
正确答案
见解析
解析
知识点
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