- 用向量证明线线、线面、面面的垂直、平行关系
- 共1400题
(本题满分15分)如图,在四棱锥中,底面
是矩形,
平面
,
与平面
所成角的正切值依次是
和
,
,
依次是
的中点.
(Ⅰ)求证:;
(Ⅱ)求直线与平面
所成角的正弦值.
正确答案
(1)见解析;(2)直线与平面
所成角的正弦值为
.
本试题主要是考查了面面垂直和线面角的求解的综合运用。
(1)第一问中要证明面面垂直关键是证明线面垂直,然后利用判定定理得到。
(2)第二问先根据线面角的定义,作出线面角,然后利用直角三角形的边角的关系求解的得到。
解:(1)∵与平面
所成角的正切值依次
是和
,
∴
∵平面
,底面
是矩形
∴平面
∴
∵是
的中点 ∴
∴ …………………………7分
(2)解法一:∵平面
,∴
,又
,
∴平面
,取
中点
,
中点
,联结
,
则且
,
是平行四边形,
∴即为直线
与平面
所成的角. 在
中,,
,
,
∴直线与平面
所成角的正弦值为
.
解法二:分别以为
轴、
轴、
轴建立空间直角坐标系,依题意,
,则各点坐标分别是
,
,
,
,
,∴
,
,
,
又∵平面
,
∴平面的法向量为
,
设直线与平面
所成的角为
,则
,
∴直线与平面
所成角的正弦值为
. …………………………15分
解:(1)∵与平面
所成角的正切值依次
是和
,
∴
∵平面
,底面
是矩形
∴平面
∴
∵是
的中点 ∴
∴ …………………………7分
(2)解法一:∵平面
,∴
,又
,
∴平面
,取
中点
,
中点
,联结
,
则且
,
是平行四边形,
∴即为直线
与平面
所成的角. 在
中,,
,
,
∴直线与平面
所成角的正弦值为
.
解法二:分别以为
轴、
轴、
轴建立空间直角坐标系,依题意,
,则各点坐标分别是
,
,
,
,
,∴
,
,
,
又∵平面
,
∴平面的法向量为
,
设直线与平面
所成的角为
,则
,
∴直线与平面
所成角的正弦值为
. …………………………15分
如图,在四棱锥P-ABCD中,四边形ABCD是矩形,侧面PAD⊥底面ABCD,若点E,F分别是PC,BD的中点。
(1)求证:EF∥平面PAD;
(2)求证:平面PAD⊥平面PCD
正确答案
(1)详见解析,(2)详见解析.
试题分析:(1)证线面平行找线线平行,本题有G为AD中点,F为BD中点条件,可利用平行四边形性质.即取PD中点H,AD中点G,易得EFGH为平行四边形,从而有EF∥GH.写定理条件时需完整,因为若缺少EF面PAD,,则EF可能在面PAD内,若缺少GH
面PAD,则EF与面PAD位置关系不定.(2)证面面垂直关键找线面垂直.可由面面垂直性质定理探讨,因为侧面PAD⊥底面ABCD,CD垂直AD,而AD为两平面的交线,所以应有CD垂直于平面PAD,这就是本题证明的目标.
试题解析:(1)设PD中点为H,AD中点为G,连结FG,GH,HE
G为AD中点,F为BD中点,
GF
,
同理EH,
ABCD为矩形,
AB
CD,
GF
EH,
EFGH为平行四边形
EF∥GH,又
∥面PAD.
(2)面PAD⊥面ABCD,面PAD
面ABCD=AD,又
ABCD为矩形,
CD⊥AD,
CD⊥面PAD
又CD
面PCD,
面PAD⊥面PCD.
设l是一条直线,α,β,γ是不同的平面,则在下列命题中,假命题是________.
①如果α⊥β,那么α内一定存在直线平行于β
②如果α不垂直于β,那么α内一定不存在直线垂直于β
③如果α⊥γ,β⊥γ,α∩β=l,那么l⊥γ
④如果α⊥β,l与α,β都相交,那么l与α,β所成的角互余
正确答案
④
如果α⊥β,那么α内一定存在直线平行于β,
即命题①正确;如果α不垂直于β,
那么α内一定不存在直线垂直于β,
即命题②正确;如果α⊥γ,β⊥γ,α∩β=l,
那么l⊥γ,即命题③正确;
如果α⊥β,l与α,β都相交,
那么l与α,β所成的角不一定互余,
即命题④不正确.
如图,在四棱锥中,
,
,且
,E是PC的中点.
(1)证明:;
(2)证明:;
正确答案
(1)见解析;(Ⅱ)证明:见解析。
试题分析:(1)证明线面垂直根据判定定理证明即可.
(2)证明线面垂直利用判定定理证明,再由
,可得AC=PA.
是PC的中点,可证得
,问题得证.
(1).
,
平面
.
而平面
,
.……5分
(Ⅱ)证明:由,
,可得
.
是
的中点,
.
由(1)知,,且
,所以
平面
.
而平面
,
.
底面
在底面
内的射影是
,
,
.
又,综上得
平面
.……12分
点评:掌握线线,线面,面面平行与垂直的判定定理及性质定理是利用传统方法求解此类问题的关键,同时还要强化画图识图能力的提高,培养自己的空间想象能力,才能真正解决此类问题.
(本小题满分12分)如图,在四棱锥P-ABCD中,PD⊥平面ABCD,PD=DC=BC=1,AB=2,AB∥DC,∠BCD=90°.
(1)求证:PC⊥BC;
(2)求点A到平面PBC的距离.
正确答案
(1)证明:见解析;(2)点A到平面PBC的距离等于.
本题考查线面平行,线面垂直,线线垂直,考查点到面的距离,解题的关键是掌握线面平行,线面垂直的判定方法,利用等体积转化求点面距离
(1)利用线面垂直证明线线垂直,即证BC⊥平面PCD;
(2)利用等体积转化求点A到平面PBC的距离.
(1)证明:∵ PD⊥平面ABCD,BC 平面ABCD,∴ PD⊥BC.
由∠BCD=90°,得CD⊥BC.又PD∩DC=D,PD,DC 平面PCD,
∴ BC⊥平面PCD.∵ PC 平面PCD,
故PC⊥BC.-------------------4分
(2)解:(方法一)分别取AB,PC的中点E,F,连DE,DF, 则易证DE∥CB,DE∥平面PBC,点D,E到平面PBC的距离相等.
又点A到平面PBC的距离等于点E到平面PBC的距离的2倍,由(1)知,BC⊥平面PCD,
∴平面PBC⊥平面PCD.
∵ PD=DC,PF=FC,∴ DF⊥PC.
又∴平面PBC∩平面PCD=PC,∴ DF⊥平面PBC于F.
易知DF=,故点A到平面PBC的距离等于
.--12分
(方法二):连接AC,设点A到平面PBC的距离为h.
∵ AB∥DC,∠BCD=90°,∴ ∠ABC=90°.
由AB=2,BC=1,得△ABC的面积S△ABC=1.
由PD⊥平面ABCD,及PD=1,得三棱锥P-ABC的体积
V=S△ABC·PD=
.∵ PD⊥平面ABCD,DC
平面ABCD,∴ PD⊥DC.
又∴ PD=DC=1,∴ PC==
.
由PC⊥BC,BC=1,得△PBC的面积S△PBC=.
∵ VA - PBC=VP - ABC,∴ S△PBC·h=V=
,
得h=.
故点A到平面PBC的距离等于.----------12分
扫码查看完整答案与解析