- 直线的方向向量
- 共206题
在等腰梯形ABCD中,AD∥BC,AD=BC,∠ABC=60°,N是BC的中点,将梯形ABCD绕AB旋转90°,得到梯形ABC′D′(如图).
(1)求证:AC⊥平面ABC′;
(2)求证:C′N∥平面ADD′;
(3)求二面角A-C′N-C的余弦值.
正确答案
(1)见解析(2)见解析(3)-
(1)证明 ∵AD=BC,N是BC的中点,∴AD=NC,又AD∥BC,∴四边形ANCD是平行四边形,∴AN=DC,又∠ABC=60°,∴AB=BN=AD,
∴四边形ANCD是菱形,∴∠ACB=∠DCB=30°,
∴∠BAC=90°,即AC⊥AB,又平面C′BA⊥平面ABC,平面C′BA∩平面ABC=AB,∴AC⊥平面ABC′.
(2)证明:∵AD∥BC,AD′∥BC′,AD∩AD′=A,BC∩BC′=B,∴平面ADD′∥平面BCC′,又C′N⊂平面BCC′,∴C′N∥平面ADD′.
(3)解:∵AC⊥平面ABC′,AC′⊥平面ABC.
如图建立空间直角坐标系,
设AB=1,则B(1,0,0),C(0,,0),C′(0,0,
),
N,∴
′=(-1,0,
),
′=(0,-
,
),设平面C′NC的法向量为n=(x,y,z),则
即
取z=1,则x=,y=1,∴n=(
,1,1).
∵AC′⊥平面ABC,∴平面C′AN⊥平面ABC,又BD⊥AN,平面C′AN∩平面ABC=AN,∴BD⊥平面C′AN,BD与AN交于点O,O则为AN的中点,O,∴平面C′AN的法向量
=
.
∴cos〈n,〉=
=
,
由图形可知二面角AC′NC为钝角,
所以二面角AC′NC的余弦值为-
如图,在四棱锥P-ABCD中,PD⊥平面ABCD,底面ABCD是菱形,∠BAD=60°,O为AC与BD的交点,E为PB上任意一点.
(1)证明:平面EAC⊥平面PBD;
(2)若PD∥平面EAC,并且二面角B-AE-C的大小为45°,求PD∶AD的值.
正确答案
(1)见解析(2)∶2
(1)证明 因为PD⊥平面ABCD,∴PD⊥AC,又ABCD是菱形,∴BD⊥AC,又BD∩PD=D,故AC⊥平面PBD,又AC⊂平面EAC.
所以平面EAC⊥平面PBD.
(2)解 连接OE,
因为PD∥平面EAC,所以PD∥OE,所以OE⊥平面ABCD,又O是BD的中点,故此时E为PB的中点,以点O为坐标原点,射线OA,OB,OE所在直线分别为x,y,z轴,建立空间直角坐标系O-xyz.
设OB=m,OE=h,则OA=m,A
,B(0,m,0),E(0,0,h),
=(-
m,m,0),
=(0,-m,h),向量n1=(0,1,0)为平面AEC的一个法向量,设平面ABE的一个法向量n2=(x,y,z)
则n2·=0,且n2·
=0,
即-mx+my=0且-my+hz=0.
取x=1,则y=,z=
,则n2=
,
∴cos 45°=|cos〈n1,n2〉|==
=
,解得
=
,故PD∶AD=2h∶2m=h∶m=
∶2.
如图,是边长为3的正方形,
,
,
与平面
所成的角为
.
(1)求二面角的的余弦值;
(2)设点是线段
上一动点,试确定
的位置,使得
,并证明你的结论.
正确答案
(1);(2)三等分点
试题分析:(1)根据平面
,确定
就是
与平面
所成的角,从而得到
,且
,可以建立空间直角坐标系,写出
,设出
的一个法向量为
,根据
,解出
,而平面
的法向量设为
,所以利用向量数量积公式得出二面角
的余弦值为
;(2)由题意设
,则
,而
平面
,∴
,代入坐标,求出
,所以点M的坐标为
,此时
,∴点M是线段BD靠近B点的三等分点.
试题解析:
平面
,
就是
与平面
所成的角,即
,∴
.
如图,分别以为
轴,
轴,
轴建立空间直角坐标系
,则各点的坐标如下
,∴
,设平面
的一个法向量为
,则
,即
,令
,则
.
∵平面
,∴平面
的法向量设为
,∴
,故二面角
的余弦值为
.
(2)由题意,设,则
,∵
平面
,∴
,即
解得
,∴点M的坐标为
,此时
,∴点M是线段BD靠近B点的三等分点.
平行四边形中,
且
以
为折线,把
折起,使平面
平面
,连接
(1)求证:;
(2)求二面角 的余弦值.
正确答案
(1)参考解析;(2)
试题分析:(1)直线与直线垂直的证明通过转化为证明直线与平面垂直,由于通过翻折为两个垂直的平面所以只需证明直线AB垂直与两个平面的交线BD即可,通过已知条件利用余弦定理即可得到直角.
(2)求二面角的问题通常就是建立空间直角坐标系,根据BD与DC垂直来建立.通过写出相应点的坐标,以及相应的平面内的向量,确定两平面的法向量,并求出法向量的夹角,再判断法向量的夹角与二面角的大小是相等还是互补,即可得到结论.
试题解析:(1)在中,
所以 所以
,
因为平面平面
,所以
平面
,所以
;…3分
(2)在四面体ABCD中,以D为原点,DB为轴,DC为
轴,过D垂直于平面BDC的射线为
轴,建立如图的空间直角坐标系.
则D(0,0,0),B(,0,0),C(0,1,0),A(
,0,1)
设平面ABC的法向量为,
而
由得:
取
再设平面DAC的法向量为
而
由得:
取
所以即二面角B-AC-D的余弦值是
如图,在矩形ABCD中,AB=2AD=2,O为CD的中点,沿AO将△AOD折起,使DB=.
(1)求证:平面AOD⊥平面ABCO;
(2)求直线BC与平面ABD所成角的正弦值.
正确答案
(1)见解析(2)
(1)证明:∵在矩形ABCD中,AB=2AD=2,O为CD中点,
∴△AOD,△BOC为等腰直角三角形,∴∠AOB=90°,即OB⊥OA.
取AO中点H,连接DH,BH,则OH=DH=,
在Rt△BOH中,BH2=BO2+OH2=,
在△BHD中,DH2+BH2=2+
=3,又DB2=3,
∴DH2+BH2=DB2,∴DH⊥BH.
又DH⊥OA,OA∩BH=H,∴DH⊥面ABCO,而DH⊂平面AOD,∴平面AOD⊥平面ABCO.
(2)解 分别以OA,OB所在直线为x轴和y轴,O为坐标原点,建立如图所示的空间直角坐标系,则B(0,,0),A(
,0,0),D
,C
.
∴=(-
,
,0),
=
,
=
.
设平面ABD的一个法向量为n=(x,y,z),
由得
即x=y,x=z,令x=1,则y=z=1,取n=(1,1,1).
设α为直线BC与平面ABD所成的角,则sin α==
.
即直线BC与平面ABD所成角的正弦值为.
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