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题型:简答题
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简答题

如图,四边形ABCD中,为正三角形,,AC与BD交于O点.将沿边AC折起,使D点至P点,已知PO与平面ABCD所成的角为,且P点在平面ABCD内的射影落在内.

(Ⅰ)求证:平面PBD;

(Ⅱ)若时,求二面角的余弦值。

正确答案

(1)取BD中点Q,证得Q与O重合。则面PBD

(2)

试题分析:(1)取BD中点Q,则三点共线,即Q与O重合。

面PBD

(2)因为AC面PBD,而面ABCD,所以面ABCD面PBD,则P点在面ABCD上的射影点在交线BD上(即在射线OD上),所以PO与平面ABCD所成的角。以O为坐标原点,OA为轴,OB为轴建空间直角坐标系。,因为AC面PBD,所以面PBD的法向量,设面PAB的法向量,又,由,得①,又,由,得

 ②, 在①②中令,可得,则

所以二面角的余弦值

点评:典型题,立体几何题,是高考必考内容,往往涉及垂直关系、平行关系、角、距离、体积的计算。在计算问题中,有“几何法”和“向量法”。利用几何法,要遵循“一作、二证、三计算”的步骤,将立体问题转化成平面问题,是解决立体几何问题的一个基本思路。通过就落实党的坐标系,利用空间向量,免去了繁琐的逻辑推理过程,对计算能力要求较高。

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题型:简答题
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简答题

已知正方体ABCD-A1B1C1D1中,M、N分别为BB1、C1D1的中点,建立适当的坐标系,求平面AMN的法向量.

正确答案

(-3,2,-4)为平面AMN的一个法向量.

  以D为原点,DA、DC、DD1所在直线为坐标轴建立空间直角坐标系.(如图所示).

设棱长为1,则A(1,0,0),M(1,1,),N(0,,1).

=(0,1,),=(-1,,1).

设平面AMN的法向量n=(x,y,z)

令y=2,∴x=-3,z=-4.∴n=(-3,2,-4).

∴(-3,2,-4)为平面AMN的一个法向量.

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简答题

在直三棱柱中,AA1=AB=BC=3,AC=2,D是AC的中点.

(1)求证:B1C∥平面A1BD;

(2)求平面A1DB与平面DBB1夹角的余弦值.

正确答案

(1)详见解析;(2)平面A1DB与平面DBB1夹角的余弦值为

试题分析:(1)求证:平面;利用线面平行的判定定理,证明线面平行,即证线线平行,可利用三角形的中位线,或平行四边形的对边平行,本题由于的中点,可连接与点,连接,利用三角形中位线的性质,证明线线平行即可;(2)求平面与平面夹角的余弦值,取中点,则平面,则两两垂直,以分别为轴建立空间直角坐标系,写出各点的坐标,求出平面的法向量、平面的法向量,利用向量的夹角公式,即可求解.

试题解析:(1)连接AB1交A1B与点E,连接DE,则B1C∥DE,则B1C∥平面A1BD4分

(2)取A1C1中点F,D为AC中点,则DF⊥平面ABC,

又AB=BC,∴BD⊥AC,∴DF、DC、DB两两垂直,

建立如图所示空间直线坐标系D-xyz,则D(0,0,0), B(0,,0),A1(-1,0,3)

设平面A1BD的一个法向量为,

,则     8分

设平面A1DB与平面DBB1夹角的夹角为θ,平面DBB1的一个法向量为,         10分

∴平面A1DB与平面DBB1夹角的余弦值为.    12分

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简答题

如图,三棱锥P—ABC中,平面PAC⊥平面BAC,AP=AB=AC=2,∠BAC=∠PAC=120°。

(I)求棱PB的长;

(II)求二面角P—AB—C的大小。

正确答案

(I)(II)

试题分析:(I)如图1,作PO⊥AC,垂足为O,连结OB,

由已知得,△POC≌△BOC,则BO⊥AC。

 

∵平面PAC⊥平面BAC,∴PO⊥平面BAC,∴PO⊥OB,

 

(II)方法1:如图1,作OD⊥AB,垂足为D,连结PD,由三垂线定理得,PD⊥AB。

则∠PDO为二面角P—AB—C的平面角的补角。

二面角P—AB—C的大小为 

方法2:如图2,分别以OB,OC,OP为x轴,y轴,z轴,建立空间直角坐标系

O—xyz,则

 

为面ABC的法向量。  

易知二面角P—AB—C的平面角为钝角,

故二面角P—AB—C的大小为 

点评:第二问求二面角分别用了几何法(作出二面角平面角,计算大小)和向量法(建立坐标系,写出相关点的坐标,找到两面的法向量,通过法向量的夹角找到二面角)

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简答题

如图,在四棱锥中,底面是边长为的菱形,,底面, ,的中点,的中点.

(Ⅰ)证明:直线平面

(Ⅱ)求异面直线所成角的大小;

正确答案

(Ⅰ)详见解析;(Ⅱ)异面直线所成角为

试题分析:(Ⅰ)证明:直线平面,证明线面平行,首先证明线线平行,可用三角形的中位线平行,也可用平行四边形的对边平行,本题虽有中点,但没直接的三角形,可考虑用平行四边形的对边平行,可取OD的中点G,连结CG,MG,证明四边形为平行四边形即可,也可取中点,连接,利用面面平行则线面平行,证平面平面即可.也可利用向量法,作于点P,如图,分别以,所在直线为轴建立坐标系,利用向量与平面的法向量垂直,即数量积等于零;(Ⅱ)求异面直线所成角的大小,分别写出异面直线对应向量的坐标,由向量的夹角公式即可求出.

试题解析:方法一(综合法)

(Ⅰ)取中点,连接   

        

(Ⅱ)

为异面直线所成的角(或其补角),

连接 , ,,,

,  

所以 所成角的大小为 

方法二(向量法)

于点P,如图,分别以,所在直线为轴建立坐标系.

,

,

(Ⅰ)

设平面的法向量为,则 

, 取,解得

..

(Ⅱ)设所成的角为, 

,   , 即所成角的大小为.

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