- 直线的方向向量
- 共206题
如图,平面ABCD⊥平面ADEF,其中ABCD为矩形,ADEF为梯形,AF∥DE,AF⊥FE,AF=AD=2DE=2.
(Ⅰ)求异面直线EF与BC所成角的大小;
(Ⅱ)若二面角A-BF-D的平面角的余弦值为,求AB的长.
正确答案
(Ⅰ)30°;(Ⅱ).
试题分析:(Ⅰ)异面直线EF与BC所成角的大小,即AD与EF所成角的大小,则在面ADEF内求AD与EF所成角的大小即可;(Ⅱ)法一:根据条件,取AF的中点G,先证明DG垂直平面ABF,然后过G向交线BF作垂线,找出二面角的平面角,根据平面角的余弦值大小,列关系式求AB的长;法二:以F为原点,AF、FQ所在直线为x轴,y轴建立空间直角坐标系,列出各点坐标,分别找出面ABF和面BDF的法向量,再根据向量的数量积公式以及平面角的余弦值求AB的长.
试题解析:(Ⅰ) 延长AD,FE交于Q.
因为ABCD是矩形,所以BC∥AD,
所以∠AQF是异面直线EF与BC所成的角.
在梯形ADEF中,因为DE∥AF,AF⊥FE,AF=2,DE=1
得AQF=30°. 7分
(Ⅱ)方法一:
设AB=x.取AF的中点G.由题意得DG⊥AF.
因为平面ABCD⊥平面ADEF,AB⊥AD,所以AB⊥平面ADEF,
所以AB⊥DG.
所以DG⊥平面ABF.
过G作GH⊥BF,垂足为H,连结DH,则DH⊥BF,
所以∠DHG为二面角A-BF-D的平面角.
在直角△AGD中,AD=2,AG=1,得DG=.
在直角△BAF中,由=sin∠AFB=
,得
=
,
所以GH=.
在直角△DGH中,DG=,GH=
,得DH=
.
因为cos∠DHG==
,得x=
,
所以AB=. 15分
方法二:设AB=x.
以F为原点,AF,FQ所在的直线分别为x轴,y轴建立空间直角坐标系Fxyz.则
F(0,0,0),A(-2,0,0),E(,0,0),D(-1,
,0),B(-2,0,x),
所以=(1,-
,0),
=(2,0,-x).
因为EF⊥平面ABF,所以平面ABF的法向量可取=(0,1,0).
设=(x1,y1,z1)为平面BFD的法向量,则
所以,可取=(
,1,
).
因为cos<,
>=
=
,得x=
,
所以AB=. 15分
如图,平面ABCD⊥平面ADEF,其中ABCD为矩形,ADEF为梯形,AF∥DE,AF⊥FE,AF=AD=2DE=2.
(Ⅰ)求异面直线EF与BC所成角的大小;
(Ⅱ)若二面角A-BF-D的平面角的余弦值为,求AB的长.
正确答案
(Ⅰ)30°;(Ⅱ).
试题分析:(Ⅰ)异面直线EF与BC所成角的大小,即AD与EF所成角的大小,则在面ADEF内求AD与EF所成角的大小即可;(Ⅱ)法一:根据条件,取AF的中点G,先证明DG垂直平面ABF,然后过G向交线BF作垂线,找出二面角的平面角,根据平面角的余弦值大小,列关系式求AB的长;法二:以F为原点,AF、FQ所在直线为x轴,y轴建立空间直角坐标系,列出各点坐标,分别找出面ABF和面BDF的法向量,再根据向量的数量积公式以及平面角的余弦值求AB的长.
试题解析:(Ⅰ) 延长AD,FE交于Q.
因为ABCD是矩形,所以BC∥AD,
所以∠AQF是异面直线EF与BC所成的角.
在梯形ADEF中,因为DE∥AF,AF⊥FE,AF=2,DE=1
得AQF=30°. 7分
(Ⅱ)方法一:
设AB=x.取AF的中点G.由题意得DG⊥AF.
因为平面ABCD⊥平面ADEF,AB⊥AD,所以AB⊥平面ADEF,
所以AB⊥DG.
所以DG⊥平面ABF.
过G作GH⊥BF,垂足为H,连结DH,则DH⊥BF,
所以∠DHG为二面角A-BF-D的平面角.
在直角△AGD中,AD=2,AG=1,得DG=.
在直角△BAF中,由=sin∠AFB=
,得
=
,
所以GH=.
在直角△DGH中,DG=,GH=
,得DH=
.
因为cos∠DHG==
,得x=
,
所以AB=. 15分
方法二:设AB=x.
以F为原点,AF,FQ所在的直线分别为x轴,y轴建立空间直角坐标系Fxyz.则
F(0,0,0),A(-2,0,0),E(,0,0),D(-1,
,0),B(-2,0,x),
所以=(1,-
,0),
=(2,0,-x).
因为EF⊥平面ABF,所以平面ABF的法向量可取=(0,1,0).
设=(x1,y1,z1)为平面BFD的法向量,则
所以,可取=(
,1,
).
因为cos<,
>=
=
,得x=
,
所以AB=. 15分
如图,在直三棱柱中,
,
,
,点
是
的中点.
(1)求异面直线与
所成角的余弦值;
(2)求平面与平面
所成二面角的正弦值.
正确答案
(1) (2)
(1)以为坐标原点,建立如图所示的空间直角坐标系
,
则,
,
,
,
,
,
∴,
,
∵,
∴异面直线与
所成角的余弦值为
.
(2)设平面的法向量为
,因为
,
,
∴,即
,取
,得
,
,∴
,
取平面的一个法向量为
,设平面
与平面
所成的二面角的大小为
,
由,得
,
故平面与平面
所成二面角的正弦值
.
【考点定位】本小题主要考查异面直线、二面角、空间向量等基础知识以及基本运算,考查运用空间向量解决问题的能力.
如右图,已知ABCD为正方形,,
,
.
(1)求证:平面平面
;
(2)求点A到平面BEF的距离;
正确答案
(1)连AC交BD于O,取BF的中点G,连EG,
…………………6分
(2)由(1)知AO//EG
到平面BEF的距离就是A到平面BEF的距离
过O作
即点A到平面BEF的距离为
.
略
如图在棱长为1的正方体中,M,N分别是线段
和BD上的点,且AM=BN=
(1)求||的最小值;
(2)当||达到最小值时,
与
,
是否都垂直,如果都垂直给出证明;如果不是都垂直,说明理由.
正确答案
(1);(2)垂直,详见解析.
试题分析:(1)作,连
.易知
,再由余弦定理可得:
,则
,根据二次函数的知识即可得到其最小值;建立空间直角坐标系,利用空间向量方法,写出
,
,
的坐标,利用数量积即可求证它们是否垂直.
试题解析:(1)作,连
.易知
在
,由余弦定理可得:
在
,
。当
时,
最小值=
.
(2)以点为坐标原点,以
所在的直线分别为
轴建立直角坐标系,由(1)可知,
,所以点
,
,
,
,
,
,
则,
,
,
,
即当||达到最小值时,
与
,
是否都垂直.
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