- 用向量证明线线、线面、面面的垂直、平行关系
- 共1400题
在如图所示的几何体中,四边形ABCD为正方形,为直角三角形,
,且
.
(1)证明:平面平面
;
(2)若AB=2AE,求异面直线BE与AC所成角的余弦值.
正确答案
(1)详见解析;(2).
试题分析:(1)由已知可知AE⊥AB,又AE⊥AD,所以AE⊥平面ABCD,所以AE⊥DB,又ABCD为正方形,所以DB⊥AC,所以DB⊥平面AEC,而BD平面BED,故有平面AEC⊥平面BED.
(2)作DE的中点F,连接OF,AF,由于O是DB的中点,且OF∥BE,可知∠FOA或其补角是异面直线BE与AC所成的角;设正方形ABCD的边长为2,则
,由于
,AB=2AE,
可知,
,则
,又
,∴
=
,由余弦定理的推理∴
∠FOA=
=
,故异面直线BE与AC所成的角的余弦值为
.
试题解析:(1)由已知有AE⊥AB,又AE⊥AD,
所以AE⊥平面ABCD,所以AE⊥DB, 3分
又ABCD为正方形,所以DB⊥AC, 4分
所以DB⊥平面AEC,BD面BED
故有平面AEC⊥平面BED. 6分
(2)作DE的中点F,连接OF,AF,
∵O是DB的中点,
∴OF∥BE,∴∠FOA或其补角是异面直线BE与AC所成的角。 8分
设正方形ABCD的边长为2,
则, 9分
∵,AB=2AE,
∴,
,∴
10分
又,∴
=
,∴
∠FOA=
=
∴异面直线BE与AC所成的角的余弦值为 12分.
如图,是等边三角形,
,
,将
沿
折叠到
的位置,使得
.
(1)求证:;
(2)若,
分别是
,
的中点,求二面角
的余弦值.
正确答案
(1)见解析;(2).
试题分析:(1)根据已知条件可得以及
,有直线与平面垂直的判定定理可得
,再根据直线与平面垂直的性质定理可得
;(2)有边的关系,设
,则
,再由线段
,
,
互相垂直,以三边所在直线为轴建立空间直角坐标系
,然后求出平面
的法向量为
以及平面
的一个法向量是
,将所求二面角
的余弦值问题转化为求这两个法向量的夹角的余弦值问题.
试题解析:(1)证明:∵,∴
,
又∵,且
,
∴,
∵,
∴.
(2)∵是等边三角形,
,
,
不妨设,则
,
又∵,
分别为
、
的中点,
由此以为原点,
,
,
所在直线为轴建立空间直角坐标系
.
则有,
,
,
,
,
,
∴,
.
设平面的法向量为
,
则,即
,
令,则
,
∴.
又平面的一个法向量是
,
∴,
∴二面角的余弦值为
. .12分
如图所示直角梯形ABCD中,∠A=90°,PA⊥面ABCD,AD||BC,AB=BC=a,AD=2a,与底面ABCD成300角.若AE⊥PD,E为垂足,PD与底面成30°角.
(1)求证:BE⊥PD;
(2)求异面直线AE与CD所成的角的大小.
正确答案
为了计算方便不妨设a=1.
(1)证明:根据题意可得:以A为原点,AB,AD,AP所在直线为坐标轴建立直角坐标系(如图)
则 A(0,0,0),B(1,0,0)D(0,2,0)P(0,0,)
•
=(1,0,0)•(0,2,-
)=0
又 •
=0∴
⊥
,
⊥
所以 ⊥面BEA,BE⊂面BEA,
∴PD⊥BE
(2)∵PA⊥面ABCD,PD与底面成30°角,
∴∠PDA=30°
过E作EF⊥AD,垂足为F,则AE=AD•sin30°=1,∠EAF=60°
AF=,EF=
∴E(0,
,
),
于是 =(0,
,
)
又 C(1,1,0),D(0,2,0),=(-1,1,0)
则 COSθ==
∴AE与CD所成角的余弦值为 .
如图,四面体中,
、
分别是
、
的中点,
(Ⅰ)求证:平面
;
(Ⅱ)求二面角的正切值;
(Ⅲ)求点到平面
的距离.
正确答案
(Ⅰ)详见解析;(Ⅱ);(Ⅲ)
.
试题分析:(1)由题意可知,为等腰三角形,
是
边上的中线,所以
,再由已知条件算出
的三条边长,由此根据勾股定理,可证
,从而得证
平面
;(2)作
于F,连AF,由(1)知,
故
,所以
,则
是二面角
的平面角,利用平面几何知识即可算出其正切值;(3)设点E到平面ACD的距离为
因为
,所以
,从而求出
.也可以点
为原点,建立空间直角坐标系,写出各个点的坐标,利用利用空间向量方法,求解各个小题,详见解析.
试题解析:(Ⅰ)证明:连结OC
在中,由已知可得
而
即
平面
(Ⅱ)解: 作于F,连AF
由(1)知, 故
,
是二面角
的平面角,
易知,
.
即所求二面角的正切值为
(Ⅲ)解:设点E到平面ACD的距离为
在中,
而
点E到平面ACD的距离为
方法二:(Ⅰ)同方法一.
(Ⅱ)解:以O为原点,如图建立空间直角坐标系,则
(Ⅲ)解:设平面ACD的法向量为则
令得
是平面ACD的一个法向量,又
点E到平面ACD的距离
.
如图,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD是正方形,侧面底面
,且△PAD为等腰直角三角形,
,E、F分别为PC、BD的中点.
(1)求证:EF//平面PAD;
(2)求证:平面平面
.
正确答案
详见解析
试题分析:(1)要证//平面
,可证明
与平面
内的一条直线平行,边结
由中位线定理得这条直线就是
.(2)利用面面垂直的性质可由面面垂直(侧面
底面)得线面垂直(
平面
),进而得到线线垂直(
),再结合线线垂直
,又得到线面垂直
平面
,证明.平面
平面
可通过
平面
证明.
试题解析:(1)证明:连接,
因为是正方形,
为
的中点,所以
过点
,且
也是
的中点,
因为是
的中点,所以
中,
是中位线,所以
因为平面
,
平面
,所以
平面
(2)因为侧面底面
,
所以平面
所以
又因为,
所以平面
,
因为平面
,
所以面平面
扫码查看完整答案与解析