- 直线的方向向量
- 共206题
如图直角梯形OABC中,,SO=1,以OC、OA、OS分别为x轴、y轴、z轴建立直角坐标系O-xyz.
(Ⅰ)求的余弦值;
(Ⅱ)设
①
②设OA与平面SBC所成的角为,求
。
正确答案
(Ⅰ)如图所示:C(2,0,0),S(0,0,1),O(0,0,0),B(1,1,0),
………3分
………6分
(Ⅱ)①
…10分
②∵,
为平面SBC的法向量,
略
如图,在四棱锥中,
为平行四边形,且
平面
,
,
为
的中点,
.
(Ⅰ) 求证://
;
(Ⅱ)若, 求二面角
的余弦值.
正确答案
(Ⅰ)详见解析;(Ⅱ) .
试题分析:(Ⅰ)依题意,设与
的交点
,说明
为
的中位线,
//
,从而
//
;(Ⅱ) 用定义法与向量法求解,用定义法,必须作出二面角的平面角,在利用相似三角形对应边成比例及直角三角形中三角函数的定义求解;用向量法,需要建立恰当的空间直角坐标系,本题以点
为坐标原点,分别以
所在直线为
轴,
轴和
轴,建立空间直角坐标系
最佳,求平面
的法向量
与平面
的一个法向量为
, 利用公式
求解.
试题解析:(Ⅰ)证明: 连接,设
与
相交于点
,连接
,
∵ 四边形是平行四边形,∴点
为
的中点.
∵为
的中点,∴
为
的中位线,
∴//
, 2分
∵,
∴//
. 4分
(Ⅱ) 解法一 : ∵平面
,
//
, 则
平面
,故
,
又, 且
,
∴ . 6分
取的中点
,连接
,则
//
,且
.
∴ .
作,垂足为
,连接
,由于
,且
,
∴,∴
.
∴为二面角
的平面角. 9分
由∽
,得
,得
,
在中,
.
∴ 二面角的余弦值为
. 12分
(Ⅱ) 解法二: ∵平面
,
, 则
平面
,故
,
又, 且
,∴
. 6分
以点为坐标原点,分别以
所在直线为
轴,
轴和
轴,建立空间直角坐标系
.则
,
,
,
,
,
∴,
,
求得平面的法向量为
,
又平面的一个法向量为
,
∴ .
∴ 二面角的余弦值为
. 12分
如图,四棱锥中,
是正三角形,四边形
是矩形,且平面
平面
,
,
.
(Ⅰ)若点是
的中点,求证:
平面
;
(II)试问点在线段
上什么位置时,二面角
的余弦值为
.
正确答案
(Ⅰ)见解析;
(II)当点在线段
的中点时,二面角
的余弦值为
.
试题分析:(Ⅰ)通过连接,应用三角形的中位线定理得到证明得到 面
.
(II)利用空间直角坐标系,确定平面的一个法向量
,而平面
的法向量
,得到
,确定出点
在线段
的中点时,二面角
的余弦值为
.解答此类问题,要注意发现垂直关系,建立适当地直角坐标系,以简化解题过程.
试题解析:(Ⅰ)证明:连接,设
,连接
,
由三角形的中位线定理可得:,
∵平面
,
平面
,∴
平面
.
(II)建立如图空间直角坐标系,
在中,斜边
,得
,所以,
.
设,得
.
设平面的一个法向量
,由
得
,
取,得
.
而平面的法向量
,所以由题意
,即
,
解得(舍去)或
,所以,当点
在线段
的中点时,二面角
的余弦值为
.
已知四棱锥P—GBCD中(如图),PG⊥平面GBCD,GD∥BC,GD=BC,且BG⊥GC,GB=GC=2,E是BC的中点,PG=4
(1)求异面直线GE与PC所成角的余弦值;
(2)若F点是棱PC上一点,且,
,求
的值.
正确答案
(1),(2)
试题分析:法一:空间向量法。(1)以为坐标原点,以
所在直线分别为
轴建立空间直角坐标系。根据已知条件得点的坐标,再得向量的坐标。用向量数量积公式求向量
所成角的余弦值,但应注意空间两异面直线所成的角为锐角或直角,所以两异面
和
所成角的余弦值为向量
所成角的余弦值的绝对值。(2)根据题意设
,根据
,可得
的值,根据比例关系即可求得
的值。法二:普通方法。(1)根据异面直线所成角的定义可过
点作
//
交
于
,则
(或其补角)就是异面直线
与
所成的角. 因为
//
且
//
,则四边形
为平行四边形,则
,
,故可在
中用余弦定理求
。(2)由
可得
,过
作
,
为垂足。易得证
平面
,可得
,从而易得证
//
,可得
,即可求
的值。
试题解析:解法一:
(1)如图所示,以点为原点建立空间直角坐标系
,
则故
故异面直线与
所成角的余弦值为
.
(2)设
在平面内过
点作
,
为垂足,则
,∴
解法二:
(1)在平面内,过
点作
//
交
于
,连结
,则
(或其补角)就是异面直线
与
所成的角.
在中,
由余弦定理得,
∴异面直线与
所成角的余弦值为
.
(2)在平面内,过
作
,
为垂足,连结
,又因为
∴平面
,
∴
由平面平面
,∴
平面
∴
//
由得
,∴
,∴
.
如图,在四棱锥P-ABCD中,PC⊥底面ABCD,底面ABCD是直角梯形,AB⊥AD,AB∥CD,AB=2AD=2CD=2,E是PB的中点.
(1)求证:平面EAC⊥平面PBC;
(2)若二面角P-AC-E的余弦值为,求直线PA与平面EAC所成角的正弦值.
正确答案
(1)见解析(2)
(1)∵PC⊥平面ABCD,AC⊂平面ABCD,∴AC⊥PC.∵AB=2,AD=CD=1,∴AC=BC=.
∴AC2+BC2=AB2.∴AC⊥BC.
又BC∩PC=C,∴AC⊥平面PBC.
∵AC⊂平面EAC,
∴平面EAC⊥平面PBC.
(2)如图,以点C为原点,,
,
分别为x轴、y轴、z轴正方向,建立空间直角坐标系,
则C(0,0,0),A(1,1,0),B(1,-1,0),设P(0,0,a)(a>0),
则E,
=(1,1,0),
=(0,0,a),
=
.取m=(1,-1,0),则m·
=m·
=0,m为面PAC的法向量.设n=(x,y,z)为面EAC的法向量,则n·
=n·
=0,即
取x=a,y=-a,z=-2,则n=(a,-a,-2),依题意,|cos〈m,n〉|=
=
=
,则a=2.于是n=(2,-2,-2),
=(1,1,-2).设直线PA与平面EAC所成角为θ,则sin θ=|cos〈
,n〉|=
=
,即直线PA与平面EAC所成角的正弦值为
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