- 用向量证明线线、线面、面面的垂直、平行关系
- 共1400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,在四棱锥中,底面
为矩形,
为等边三角形,
,点
为中点,平面
平面
.
(1)求异面直线和
所成角的余弦值;
(2)求二面角的大小.
正确答案
(1)异面直线和
所成角的余弦值为
;(2)二面角
的大小为
.
试题分析:(1)建立如图所示坐标系,写出各点的空间坐标,利用,
夹角的余弦,得出两异面直线
和
所成角的余弦值. (2)利用平面
的法向量与平面
的法向量的夹角,求出二面角的大小.
试题解析:
解:取的中点
,连接
,
为等边三角形,
,又平面
平面
,
2分
以为原点,过点
垂直
的直线为
轴,
为
轴,
为
轴建立如图所示的空间直角坐标系
.
,不妨设
,依题意可得:
3分
(1),
从而 ,
5分
于是异面直线和
所成角的余弦值为
.6分
(2)因为,所以
是平面
的法向量,8分
设平面的法向量为
,又
,
由 即
,令
得
10分
于是 11分
从而二面角的大小为
. 12分
如图所示,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD为矩形,PA⊥平面ABCD,点E在线段PC上,PC⊥平面BDE.
(1) 证明:BD⊥平面PAC;
(2) 若PA=1,AD=2,求二面角B-PC-A的正切值.
正确答案
(1)见解析;(2).
试题分析:(1)先利用直线与平面垂直的性质定理,得到 和
,因为
,所以利用直线与平面垂直的判定定理可知,
;(2)首先分别以射线
,
,
为
轴,
轴,
轴的正半轴建立空间直角坐标系
,由直线与平面垂直的性质定理得到
,那么矩形
为正方形,由此可知此正方形的边的长度,根据坐标系表示四棱锥出各个顶点的坐标,分别求出平面
和平面
的法向量的坐标,根据二面角与其法向量夹角的关系,求得二面角的余弦值,再由同角三角函数的基本关系得到所求二面角的正切值.
试题解析:(1)证明 ∵,
,∴
.2分
同理由,可证得
.
又,∴
. 4分
(2)如图,分别以射线,
,
为
轴,
轴,
轴的正半轴建立空间直角坐标系
.
由(1)知,又
, ∴
.
故矩形为正方形,∴
. 6分
∴.
∴.
设平面的一个法向量为
,则
,即
,
∴,取
,得
.
∵,∴
为平面
的一个法向量.10分
所以. 11分
设二面角的平面角为
,由图知
,
,所以
.
∴ 所以,即二面角
的正切值为
. 12分
如图,矩形中,
,
,
平面
,
,
,
为
的中点.
(1)求证:平面
.
(2)若,求平面
与平面
所成锐二面角的余弦值.
正确答案
(1)证明线面平行,关键是证明线线平行,然后结合判定定理得到。
(2)
试题分析:(1)连接
,
四边形
为平行四边形
又平面
平面
3分
(2)以为原点,AB、AD、AP为x、y、z方向建立空间直角坐标系
.
易得,则
、
、
5分
,
,
由此可求得平面的法向量
7分
又平面的法向量
,
两平面所成锐二面角的余弦值为
. 10分
点评:主要是考查了线面平行的判定以及二面角的平面角的求解,属于基础题。
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