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简答题

在等腰梯形ABCD中,ADBCADBC,∠ABC=60°,NBC的中点,将梯形ABCDAB旋转90°,得到梯形ABCD′(如图).

(1)求证:AC⊥平面ABC′;

(2)求证:CN∥平面ADD′;

(3)求二面角A-CN-C的余弦值.

正确答案

(1)见解析(2)见解析(3)-

(1)证明 ∵ADBCNBC的中点,∴ADNC,又ADBC,∴四边形ANCD是平行四边形,∴ANDC,又∠ABC=60°,∴ABBNAD

∴四边形ANCD是菱形,∴∠ACBDCB=30°,

∴∠BAC=90°,即ACAB,又平面CBA⊥平面ABC,平面CBA∩平面ABCAB,∴AC⊥平面ABC′.

(2)证明:∵ADBCAD′∥BC′,ADAD′=ABCBC′=B,∴平面ADD′∥平面BCC′,又CN⊂平面BCC′,∴CN∥平面ADD′.

(3)解:∵AC⊥平面ABC′,AC′⊥平面ABC.

如图建立空间直角坐标系,

AB=1,则B(1,0,0),C(0,,0),C′(0,0,),

N,∴′=(-1,0,),′=(0,-),设平面CNC的法向量为n=(xyz),则

z=1,则xy=1,∴n=(,1,1).

AC′⊥平面ABC,∴平面CAN⊥平面ABC,又BDAN,平面CAN∩平面ABCAN,∴BD⊥平面CANBDAN交于点OO则为AN的中点,O,∴平面CAN的法向量.

∴cos〈n〉=

由图形可知二面角A­CN­C为钝角,

所以二面角A­CN­C的余弦值为-

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简答题

如图,在四棱锥P-ABCD中,PD⊥平面ABCD,底面ABCD是菱形,∠BAD=60°,OACBD的交点,EPB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PDAD的值.

正确答案

(1)见解析(2)∶2

(1)证明 因为PD⊥平面ABCD,∴PDAC,又ABCD是菱形,∴BDAC,又BDPDD,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PDOE,所以OE⊥平面ABCD,又OBD的中点,故此时EPB的中点,以点O为坐标原点,射线OAOBOE所在直线分别为xyz轴,建立空间直角坐标系O-xyz.

OBmOEh,则OAmAB(0,m,0),E(0,0,h),=(-mm,0),=(0,-mh),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=(xyz)

n2·=0,且n2·=0,

即-mxmy=0且-myhz=0.

x=1,则yz,则n2

∴cos 45°=|cos〈n1n2〉|=,解得,故PDAD=2h∶2mhm∶2.

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简答题

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.

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简答题

平行四边形中,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

得:再设平面DAC的法向量为

得:               

所以即二面角B-AC-D的余弦值是         

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简答题

如图,在矩形ABCD中,AB=2AD=2,OCD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,OCD中点,

∴△AOD,△BOC为等腰直角三角形,∴∠AOB=90°,即OBOA.

AO中点H,连接DHBH,则OHDH

在Rt△BOH中,BH2BO2OH2

在△BHD中,DH2BH22=3,又DB2=3,

DH2BH2DB2,∴DHBH.

DHOAOABHH,∴DH⊥面ABCO,而DH⊂平面AOD,∴平面AOD⊥平面ABCO.

(2)解 分别以OAOB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),DC.

=(-,0),.

设平面ABD的一个法向量为n=(xyz),

xyxz,令x=1,则yz=1,取n=(1,1,1).

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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