- 用向量证明线线、线面、面面的垂直、平行关系
- 共1400题
(如图1)在平面四边形中,
为
中点,
,
,且
,现沿
折起使
,得到立体图形(如图2),又B为平面ADC内一点,并且ABCD为正方形,设F,G,H分别为PB,EB,PC的中点.
(1)求三棱锥的体积;
(2)在线段PC上是否存在一点M,使直线与直线
所成角为
?若存在,求出线段的长;若不存在,请说明理由.
正确答案
(1);(2)存在,
.
试题分析:本题考查空间两条直线的位置关系、异面直线所成的角、直线与平面垂直和平行等基础知识,考查用空间向量解决立体几何中的问题,考查空间想象能力、运算能力和推理论证能力.第一问,先用三角形中位线,证,所以利用线面平行的判定定理,得出
平面
,同理:
平面
,把
与
的夹角转化为
与
的夹角,利用面面平行,转化
到平面
的距离为
到平面
的距离,易得出距离为1,最后求转化后的
;第二问,由已知建立空间直角坐标系,写出各点坐标,用反证法,先假设存在,假设
,求出向量
和
坐标,用假设成立的角度,列出夹角公式,解出
,如果
有解即存在,否则不存在,并可以求出
的坐标及
.
试题解析:(1)因为分别为
的中点,所以
.又
平面
,
平面
,所以
平面
,同理:
平面
.
且,
.
∴与
的夹角等于
与
的夹角(设为
)
易求. 4分
∵平面平面
,∴
到平面
的距离即
到平面
的距离,过
作
的垂线,垂足为
,则
为
到平面
的距离.
.
(2)因为平面
,
,所以
平面
,所以
.又因为四边形
是正方形,所以
.
如图,建立空间直角坐标系,因为,
所以,
假设在线段存在一点
使直线
与直线
所成角为
.
依题意可设,其中
.由
,则
.
由因为,
,所以
,
因为直线与直线
所成角为
,
,
所以,即
,
解得,所以
,
.
所以在线段存在一点
,使直线
与直线
所成角为
,此时
.
已知:如图,等腰直角三角形的直角边
,沿其中位线
将平面
折起,使平面
⊥平面
,得到四棱锥
,设
、
、
、
的中点分别为
、
、
、
.
(1)求证:、
、
、
四点共面;
(2)求证:平面平面
;
(3)求异面直线与
所成的角.
正确答案
(1)见解析;(2)见解析;(3).
试题分析:(1)要证四点共面,只需找到一个平面,这四个点都在这个平面内,用确定平面的方法,两条平行线确定一个平面,即可证出;(2)要证明两个平面垂直,只需证明其中一个平面经过另一个平面的一条垂线即可,也就是只需证线面垂直即可,而要证线面垂直,只需证明这条直线垂直平面内的两条相交直线,这样,一步步寻找成立的条件即可;(3)求异面直线所成角,先平移两条异面直线中的一条,使它们成为相交直线,则相交直线所成角就是异面直线所成角或其补角,再放入三角形中计算即可.
试题解析:(1)由条件有为
的中位线,
为梯形
的中位线
∥
,
∥
四点共面 3分
(2)证明:由等腰直角三角形有
,
又,
面
又
∥
平面
,
平面
平面
平面
6分
(3)由条件知
延长到
,使
,连结
8分
则,故
为平行四边形 10分
,又
为异面直线BE与QM所成的角
(或
的补角) 11分
,且三线两两互相垂直
∴由勾股定理得 12分
ACR为正三角形,
=
,
异面直线
与
所成的角大小为
13分.
如图在正三棱锥P-ABC中,侧棱长为3,底面边长为2,E为BC的中点,
(1)求证:BC⊥PA
(2)求点C到平面PAB的距离
正确答案
(1)详见解析;(2)
试题分析:(1)解题思路证线面垂直得线线垂直,详见解析。(2)过点P做面ABC的垂线,垂足为O,因为三棱锥P-ABC为正三棱锥,则点O为底面三角形的中心。则,在直角三角形POA中求PO,PO即为三棱锥P-ABC的高,可求得三棱锥体积为
。又因为三角形PAB各边长已知可求其面积,设出点C到面PAB的距离h,也可表示出三棱锥的体积
,根据体积相等即
,可求出h。
试题解析:证明(1)E为BC的中点,又为正三棱锥
因为
,所以BC⊥PA
(2)设点C到平面PAB的距离为。
则
10分
12分
如图,三棱锥中,
,
(Ⅰ)求证:;
(Ⅱ)若,
是
的中点,求
与平面
所成角的正切值
正确答案
(Ⅰ)证明略;(Ⅱ)
试题分析:(Ⅰ)根据直线与平面垂直的判定定理,只要找到和平面
中两条相交直线垂直就可以证明直线和平面垂直,那么再由平面和平面垂直的判定定理可知
,证明中要把条件到结论叙述清楚;(Ⅱ)先根据
这个条件做辅助线构造出所求的线面角,再在三角形中根据解三角形的方法求得线面角的正切值,一定要注意线面角要找准,不能乱构造
试题解析:解:(Ⅰ)因为,所以
2分
又因为,即
所以 4分
又,所以
6分
(Ⅱ)取中点
,连
,则
又,所以
,连结
,
,
则就是
与平面
所成的角 10分
设,则
,
,
所以 15分
如图,在棱长为1的正方体ABCD-A1B1C1D1中,E,F,G分别为A1B1、B1C1、C1D1的中点.
(1)求异面直线AG与BF所成角的余弦值;
(2)求证:AG∥平面BEF;
(3)试在棱BB1上找一点M,使DM⊥平面BEF,并证明你的结论.
正确答案
(1)以D为坐标原点,DA,DC,DD1分别作为x轴,y轴和z轴建立空间直角坐标系,
则A(1,0,0),B(1,1,0),E(1,,1),F(
,1,1),G(0,
,1),
∴=(-1,
,1),
=(-
,0,1),
∴cos<,
>=
=
故异面直线AG与BF所成角的余弦值为.
(2)∵=(-
,
,0),
=(-
,0,1),
而=(-1,
,1),∴
=
+
,
故与平面BEF共面,
又因为AG不在平面BEF内,
∴AG∥平面BEF.
(3)设M(1,1,m),则=(1,1,m)
由•
=0,
•
=0,
∴-+m=0⇒m=
,
所以M为棱BB1的中点时,DM⊥平面BEF.
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