- 平面与平面垂直的判定与性质
- 共123题
在如图所示的空间几何体中,平面平面
,
与
是边长为
的等边三角形,
,
和平面
所成的角为
,且点
在平面
上的射影落在
的平分线上。
(1)求证:平面
;
(2)求二面角的余弦值。
正确答案
见解析
解析
(1)由题意知,,
都是边长为2的等边三角形,取
中点
,连接
,则
,
又∵平面⊥平面
,∴
⊥平面
,作
⊥平面
,
那么,根据题意,点
落在
上,
∴,易求得
,
∴四边形是平行四边形,∴
,∴
平面
(2)解法一:作,垂足为
,连接
,
∵⊥平面
,∴
,又
,
∴平面
,∴
,∴
就是二面角
的平面角。
中,
,
,
。
∴,即二面角
的余弦值为
.
解法二:建立如图所示的空间直角坐标系,可知平面
的一个法向量为
设平面的一个法向量为
则,可求得
。
所以,
又由图知,所求二面角的平面角是锐角,所以二面角的余弦值为
。
知识点
如图,四边形PCBM是直角梯形,,
∥
,
,又
,
,直线AM与直线PC所成的角为
。
(1)求证:;
(2)求二面角的余弦值.
正确答案
见解析
解析
方法1:(1)∵,∴
平面ABC,∴
,
(2)取BC的中点N,连MN,∵,∴
,∴
平面ABC,作
,交AC的延长线于H,连结MH,由三垂线定理得
,∴
为二面角
的平面角,∵直线AM与直线PC所成的角为
,∴在
中,
。
在中,
。
在中,
。
在中,
。
在中,∵
,∴
。
故二面角的余弦值为
,
方法2:(1)∵,∴
平面ABC,∴
,
(2)在平面ABC内,过C作BC的垂线,并建立空间直角坐标系如图所示,设,则
。
。
∵,
且,∴
,得
,∴
设平面MAC的一个法向量为,则由
得
得
∴
,
平面ABC的一个法向量为。
,
显然,二面角为锐二面角,∴二面角
的余弦值为
,
知识点
如图,在三棱柱ABC-A1B1C1中,AB⊥AC,顶点在底面
上的射影恰为点
,且AB=AC=A1B=2.
(1)证明:平面平面
;
(2)若点为
的中点,求出二面角
的余弦值。
正确答案
见解析
解析
解析:
(1)由题意得:面
,
∴, ------2分
又,
∴面
, ------3分
∵面
, ∴平面
平面
; ------5分
(2)解法1:以A为原点,建立如图所示的空间直角坐标系,
则
因为P为棱的中点,故易求得
。 ------6分
设平面的法向量为
则得
令,则
------8分
而平面的法向量
------9分
则 ------11分
由图可知二面角为锐角,
故二面角的平面角的余弦值是
. ------12分
解法2:过P做PP1//A1B1交A1C1的中点于P1,
由(1)可知P1A1,连接P1B,则
为二面角
的平面角, ------8分
在中,
,
,
故二面角的平面角的余弦值是
------12分
知识点
如图,在四棱锥中,底面
为菱形,
,
为
的中点,
。
(1)点在线段
上,
,试确定
的值,使
平面
;
(2)在(1)的条件下,若平面平面ABCD,求二面角
的大小。
正确答案
见解析
解析
(1)当时,
平面
证明:连交
于
,连
。
由可得,
,
,所以
。
若,即
,
由平面
,故
平面
, 4分
(2)由PA=PD=AD=2, Q为AD的中点,则PQ⊥AD
又平面PAD⊥平面ABCD,所以PQ⊥平面ABCD,连BD,
∵四边形ABCD为菱形,∴AD=AB, 由 ∠BAD=60°得△ABD为正三角形,
又∵Q为AD中点, ∴AD⊥BQ 8分
以Q为坐标原点,分别以QA、QB、QP所在的直线为
轴,建立如图所示的坐标系,则各点坐标为
A(1,0,0),B(),Q(0,0,0),P(0,0,
)
设平面MQB的法向量为,
可得,
令z=1,解得
取平面ABCD的法向量,设所求二面角为
,
则 故二面角
的大小为60°, 12分
知识点
如图,在斜三棱柱中,侧面
⊥底面
,侧棱
与底面
成60°的角,
.底面
是边长为2的正三角形,其重心为
点,
是线段
上一点,且
.
(1)求证://侧面
;
(2)求平面与底面
所成锐二面角的余弦值;
正确答案
见解析
解析
解析:解法1:(1)延长B1E交BC于点F,
∽△FEB,BE=
EC1,∴BF=
B1C1=
BC,
从而点F为BC的中点.
∵G为△ABC的重心,∴A、G、F三点共线.且,
又GE侧面AA1B1B,∴GE//侧面AA1B1B. …………5分
(2)∵侧面AA1B1B⊥底面ABC,侧棱AA1与底面ABC成60°的角,∴∠A1AB=60°,
又AA1=AB=2,取AB的中点O,则AO⊥底面ABC.
以O为原点建立空间直角坐标系O—如图,
则,
,
,
,
,
.
∵G为△ABC的重心,∴.
,∴
,
∴. 又GE
侧面AA1B1B,∴GE//侧面AA1B1B. …………6分
(2)设平面B1GE的法向量为,则由
得
可取 又底面ABC的一个法向量为
设平面B1GE与底面ABC所成锐二面角的大小为,则
.
故平面B1GE与底面ABC成锐二面角的余弦值为. …………12分
知识点
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