- 用向量证明线线、线面、面面的垂直、平行关系
- 共1400题
(本小题共14分)
正方体的棱长为
,
是
与
的交点,
是
上一点,且
.(Ⅰ)求证:
平面
;
(Ⅱ)求异面直线与
所成角的余弦值;
(Ⅲ)求直线与平面
所成角的正弦值.
正确答案
(Ⅰ)见解析(Ⅱ)(Ⅲ)
(Ⅰ)如图,以为原点建立空间直
角坐标系
.
则,
,
,
,
∴,
,
.
,
又与
交于
点
,
∴平面
.------------4分
(Ⅱ)设与
所成的角为
.
,
,
.
∴,
.
∴.
所求异面直线与
所成角的余弦值为
.---------------9分
(Ⅲ)设平面与直线
所成的角为
.
设平面的法向量为
.
,
,
,
,
.
令,则
.
.
所求平面
与直线
所成角的正弦值为
.--------------------14分
如图,在四棱锥中,
⊥平面
,底面
为梯形,
∥
,
⊥
,
,点
在棱
上,且
.
(1)当时,求证:
∥面
;
(2)若直线与平面
所成角为
,求实数
的值.
正确答案
(1)证明过程见试题解析;(2)实数的值为
.
试题分析:(Ⅰ)连接BD交AC于点M,连结ME, 先证明,再证明
∥面
;
先以A为坐标原点,分别以AB,AP为y轴,Z轴建立空间直角坐标系, 求出各点的坐标,再求出平面的一个法向量为
, 而已知直线
与平面
所成角为
,进而可求实数
的值.
试题解析:(Ⅰ)证明:连接BD交AC于点M,连结ME,
因∥
,当
时
,
.
则∥面
. 4分
(Ⅱ)由已知可以A为坐标原点,分别以AB,AP为y轴,Z轴建立空间直角坐标系,设DC=2,则,
由,可得E点的坐标为
6分
所以.
设平面的一个法向量为
,则
,设
,则
,
,所以
8分
若直线与平面
所成角为
,
则, 9分
解得 10分
如图,是边长为
的正方形,
平面
,
,
,
与平面
所成角为
.
(1)求证:平面
;
(2)求二面角的余弦值;
(3)设点是线段
上一个动点,试确定点
的位置,使得
平面
,并证明你的结论.
正确答案
(1) 参考解析;(2) ; (3)
试题分析:(1)因为要证平面
即直线与平面垂直的证明,通过证明这条直线垂直平面内的两条相交直线即可,依题意易得到.
(2)因为要求二面角的余弦值,一般是通过建立空间坐标系,写出相应的点的坐标,由于AC所在的向量就是平面EDB的法向量,所以关键是通过待定系数法求出平面EFB的法向量.再通过两法向量的夹角得到两平面的二面角的大小,二面角是钝角还是锐角通过图形来确定.
(3)因为点是线段
上一个动点,试确定点
的位置,使得
平面
.通过对点M的假设写出向量AM.从而由该向量垂直平面的法向量,即可得到相应的点M的坐标.
试题解析:(1)证明: 因为平面
, 所以
.
因为是正方形,所以
,又
相交
从而平面
.
(2)解:因为两两垂直,所以建立空间直角坐标系
如图所示.因为
与平面
所成角为
, 即
,
所以.由
可知
,
.
则,
,
,
,
,
所以,
,
设平面的法向量为
,则
,即
,
令,则
. 因为
平面
,所以
为平面
的法向量,
,
所以.
因为二面角为锐角,所以二面角的余弦值为
.
(3)解:点是线段
上一个动点,设
. 则
,
因为平面
,所以
,
即,解得
.
此时,点坐标为
,
,符合题意.
如图,平面平面
,
是等腰直角三角形,
,四边形
是直角梯形,
,
,
,点
、
分别为
、
的中点.
(1)求证:平面
;
(2)求直线和平面
所成角的正弦值;
(3)能否在上找到一点
,使得
平面
?若能,请指出点
的位置,并加以证明;若不能,请说明理由 .
正确答案
(1)见解析;(2);(3)见解析.
试题分析:(1)先建立空间直角坐标系,利用法向量证明OD//平面ABC,说明和平面ABC的法向量
垂直即可;(2)设直线CD与平面ODM所成角为θ,求出平面ODM法向量
,则
;(3)设EM上一点N满足,
平面ABDE法向量
,
不存在
使
∴ 不存在满足题意的点N.
试题解析:以B为原点,BC为x轴,BA为y轴,BD为z轴,建立空间直角坐标系
,
,
,
,
,
(1)平面ABC的法向量,
,
∴OD//平面ABC
(2)设平面ODM法向量为,直线CD与平面ODM所成角为θ
,
,∴
,
∴.
(3)设EM上一点N满足,
平面ABDE法向量,
不存在使
∴不存在满足题意的点N.
(传统方法参照给分)
如图,ABCD是块矩形硬纸板,其中AB=2AD,AD=,E为DC的中点,将它沿AE折成直二面角D-AE-B.
(1)求证:AD⊥平面BDE;
(2)求二面角B-AD-E的余弦值.
正确答案
(1)见解析(2)
(1)由题设可知AD⊥DE,取AE中点O,连接OD,BE.∵AD=DE=,∴OD⊥AE.又二面角D-AE-B为直二面角,∴OD⊥平面ABCE.又AE=BE=2,AB=2
,∴AB2=AE2+BE2.∴AE⊥BE.取AB中点F,连接OF,则OF∥EB.∴OF⊥AE.以点O为原点,OA,OF,OD分别为x,y,z轴建立空间直角坐标系(如图),
则A(1,0,0),D(0,0,1),B(-1,2,0),E(-1,0,0),=(-1,0,1),
=(1,-2,1),
=(0,2,0),
设n=(x1,y1,z1)是平面BDE的法向量,
则即
取x1=1,则z1=-1.
于是n=(1,0,-1).∴n=-.∴n∥
.∴AD⊥平面BDE.
(2)设m=(x2,y2,z2)是平面ABD的一个法向量,
则m·=0,m·
=0,∴
取x2=1,则y2=1,z2=1,则m=(1,1,1),平面ADE的法向量
=(0,1,0).∴cos〈m,
〉=
=
=
.∴二面角B-AD-E的余弦值为
.
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