- 用向量证明线线、线面、面面的垂直、平行关系
- 共1400题
如图,四边形PDCE为矩形,ABCD为梯形,平面PDCE⊥平面ABCD,∠BAD=∠ADC=90°,AB=AD=.
(Ⅰ)若M为PA中点,求证:AC∥平面MDE;
(Ⅱ)求平面PAD与PBC所成锐二面角的大小.
正确答案
(Ⅰ) 参考解析;(Ⅱ) 60°
试题分析:(Ⅰ)直线与平面平行的判定定理是在平面内找一条直线与该直线平行,由于点M是PA的中点,联想到连结PC与ED它们的交点也是ED的中点,所以可得MN∥AC.从而可得结论.本小题通过已知的中点利用三角形的中位线定理得到平行是解题的突破口.
试题解析:(1)证明:连接PC,交DE与N,连接MN,
在△PAC中,∵M,N分别为两腰PA,PC的中点
∴MN∥AC, (2分)
又AC面MDE,MN⊂面MDE,
所以AC∥平面MDE. (4分)
(2)以D为空间坐标系的原点,分别以 DA,DC,DP所在直线为x,y,z轴建立空间直角坐标系,
则P(0,0,a),B(a,a,0),C(0,2a,0),
所以,
, (6分)
设平面PAD的单位法向量为,则可取
(7分)
设面PBC的法向量,
则有
即:,取
=1,
则∴
(10分)
设平面PAD与平面PBC所成锐二面角的大小为θ,
(Ⅱ)因为求平面PAD与PBC所成锐二面角的大小,如果做出二面角的平面角有一定的困难,可以延长CB与直线DA相交,从而取求解可以.本小题通过建立空间直角坐标系来求解,求出两个平面的法向量,再通过求出法向量的夹角从而得到二面角的大小.
∴ (11分)
∴θ=60°,所以平面PAD与平面PBC所成锐二面角的大小为60° (12分)
在四棱锥P-ABCD中,PA⊥平面ABCD,AD⊥AB,△ABC是正三角形,AC与BD的交点M恰好是AC中点,N为线段PB的中点,G在线段BM上,且
(Ⅰ)求证:AB⊥PD;
(Ⅱ)求证:GN//平面PCD.
正确答案
(Ⅰ)证明:见解析;(Ⅱ)见解析.
试题分析:(Ⅰ)利用平面
,得到
,再由
,即证得
平面
.由
平面
得证.
(Ⅱ)根据是正三角形,且
是
中点,
可得.
在直角三角形中,可得
,
在直角三角形中,可得
,再根据
,得到
,而
为线段
的中点, 得到
即可推出
平面
.
试题解析:(Ⅰ)证明:因为平面
,所以
, 2分
又因为,所以
平面
, 4分
又平面
,所以
. 6分
(Ⅱ)因为是正三角形,且
是
中点,
所以, 7分
在直角三角形中,
,所以
,
在直角三角形中,
,
所以,所以
, 10分
又因为,所以
,又
为线段
的中点,所以
,
平面
,
平面
,所以
平面
12分
三棱锥P−ABC中,PA⊥平面ABC,AB⊥BC。
(1)证明:平面PAB⊥平面PBC;
(2)若PA=,PC与侧面APB所成角的余弦值为
,PB与底面ABC成60°角,求二面角B―PC―A的大小。
正确答案
(1)证明详见解析;(2)60°
试题分析:(Ⅰ)先利用线面垂直的判定定理证明BC⊥平面PAB,再利用面面垂直的判定定理证明平面PAB⊥平面PBC;(2)过A作则ÐEFA为所求.然后求出AB=
,PB=2
,PC=3及AE,AF,在Rt
AEF中求解即可.
试题解析: (1)证明:∵PA^面ABC,\PA^BC, ∵AB^BC,且PA∩AB=A,\BC^面PAB
而BCÌ面PBC中,\面PAB^面PBC. ……5分
(2)过A作
则ÐEFA为B−PC−A的二面角的平面角 8分
由PA=,在RtDPBC中,cosÐCPB=
.
RtDPAB中,ÐPBA=60°. \AB=,PB=2
,PC=3 \AE=
=
同理:AF= 10分
∴sin=
=
, 11分
∴=60°. 12分
另解:向量法:由题可知:AB=,BC=1,建立如图所示的空间直角坐标系 7分
B(0,0,0),C(1,0,0),A(0,,0),P(0,
,
),假设平面BPC的法向量为
=(x1,y1,z1),
∴
取z1=,可得平面BPC法向量为
=(0,−3
,
) 9分
同理PCA的法向量为=(2,−
,0) 11分
∴cos<,
>=
=
,
所求的角为60° 12分
如图,已知四棱锥中,底面
是直角梯形,
,
,
,
,
平面
,
.
(Ⅰ)求证:平面
;
(Ⅱ)求证:平面
;
(Ⅲ)若是
的中点,求三棱锥
的体积.
正确答案
证明过程详见试题解析.
试题分析:(Ⅰ)要证明直线与平面
平行,就是要证明直线
与平面
内一条直线平行,根据题意显然直线
满足要求. (Ⅱ)要证明
平面
,就是要证明直线
与平面
内两条相交直线垂直.根据题意
符合要求.(Ⅲ)要求三棱锥
的体积,就是要求出
的面积以及三棱锥
的高.
试题解析:(Ⅰ)证明:,且
平面
∴平面
.
(Ⅱ)证明:在直角梯形中,过
作
于点
,则四边形
为矩形
∴,又
,∴
,在Rt△
中,
,
∴,
∴,则
,
∴
又 ∴
∴
平面
(Ⅲ)∵是
中点,
∴到面
的距离是
到面
距离的一半
如图,正方形所在平面与圆
所在的平面相交于
,线段
为圆
的弦,
垂直于圆
所在的平面,垂足
为圆
上异于
、
的点,设正方形
的边长为
,且
.
(1)求证:平面平面
;
(2)若异面直线与
所成的角为
,
与底面
所成角为
,二面角
所成角为
,求证
正确答案
(1)详见解析;(2)详见解析.
试题分析:(1)证明平面平面
,即证明
平面
,转化为证明直线
与平面
内的两条相交直线垂直;(2)立体几何中求空间角的方法有两种,一是常规法,找出(或作出)适合题意的角;证明找出的角符合对应角的要求;求出相关角的大小(或三角函数值).二是用向量法,即先确定两个向量(直线的方向向量或平面的法向量)求两个向量夹角的余弦值,注意确定所求的夹角与向量夹角的关系,最后得出所求的角或角的三角函数值.
试题解析:(1)圆
所在的平面,
在圆
所在的平面上,
,
又在正方形中,
,
,
平面
,
又平面
,
平面
平面
.
(2)平面
,
平面
,
,即
为圆
的直径,
又,且
,
,
以点为坐标原点,分别以
为
轴、
轴,以垂直于底面
的直线为
轴,建立空间直角坐标系,则
,
,
,
,
,
,
,
又,
,
,
由此得,
设平面的一个法向量
,则
,即
,
取,则
,又平面
的一个法向量为
,
,
,
于是,即
.
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