- 用向量证明线线、线面、面面的垂直、平行关系
- 共1400题
设,试问是否存在实数
,使
成立?如果存在,求出
;如果不存在,请写出证明.
正确答案
存在使得
解:假设成立.
,
.
解得
所以存在使得
.理由即为解答过程.
如图1,在Rt△ABC中,∠C=90°,BC=3,AC=6,D,E分别是AC,AB上的点,且DE∥BC,DE=2,将△ADE沿DE折起到△A1DE的位置,使A1C⊥CD,如图2.
(I)求证:A1C⊥平面BCDE;
(II)若M是A1D的中点,求CM与平面A1BE所成角的大小;
正确答案
(I)先证 (II)
试题分析:(1),
平面
,
又平面
,
又,
平面
。
(2)如图建系,则
,
,
,
∴,
设平面法向量为
则 ∴
∴
∴
又∵
∴
∴,
∴与平面
所成角的大小
.
点评:本题考查线面垂直,考查线面角,考查面面垂直,既有传统方法,又有向量知识的运用,要加以体会.
在四棱锥P—ABCD中,底面ABCD是一直角梯形,∠BAD=90°,AD∥BC,AB=BC=a,AD=2a,且PA⊥底面ABCD,PD与底面成30°角.
(1)若AE⊥PD,E为垂足,求证:BE⊥PD;
(2)求异面直线AE与CD所成角的余弦值.
正确答案
(1)见解析(2)
(1)证明:∵PA⊥平面ABCD,∴PA⊥AB,又AB⊥AD.∴AB⊥平面PAD.又∵AE⊥PD,∴PD⊥平面ABE,故BE⊥PD.
(2)解:以A为原点,AB、AD、AP所在直线为坐标轴,建立空间直角坐标系,则点C、D的坐标分别为(a,a,0),(0,2a,0).
∵PA⊥平面ABCD,∠PDA是PD与底面ABCD所成的角,∴∠PDA=30°.
于是,在Rt△AED中,由AD=2a,得AE=a.过E作EF⊥AD,垂足为F,在Rt△AFE中,由AE=a,∠EAF=60°,得AF=,EF=
a,∴E(0,
a)
于是,={-a,a,0}
设与
的夹角为θ,则由
cosθ=
AE与CD所成角的余弦值为.
评述:第(2)小题中,以向量为工具,利用空间向量坐标及数量积,求两异面直线所成的角是立体几何中的常见问题和处理手段.
若,
,
是平面
内的三点,设平面
的法向量
,则
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正确答案
已知棱长为1的正方体ABCD-A1B1C1D1,求平面A1BC1与平面ABCD所成的二面角的大小
正确答案
平面A1BC1与平面ABCD所成的二面角大小为arccos或
-arccos
.
如图建立空间直角坐标系,=(-1,1,0),
=(0,1,-1)
设、
分别是平面A1BC1与平面ABCD的法向量,
由
可解得
=(1,1,1)
易知=(0,0,1),
所以,=
所以平面A1BC1与平面ABCD所成的二面角大小为arccos或
-arccos
.
注:用法向量的夹角求二面角时应注意:平面的法向量有两个相反的方向,取的方向不同求
出来的角度当然就不同,所以最后还应该根据这个二面角的实际形态确定其大小.
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