- 用向量证明线线、线面、面面的垂直、平行关系
- 共1400题
已知长方体,点
为
的中点.
(1)求证:面
;
(2)若,试问在线段
上是否存在点
使得
,若存在求出
,若不存在,说明理由.
正确答案
(1)证明详见解析;(2)存在,证明详见解析.
试题分析:(1)设与
的交点为
,由三角形的中位线可证
∥AB1,,最后根据直线与平面平行的判定定理可证
面
;(2)假设存在
,连结
交
于点
,由直线与平面垂直的性质定理可得BC⊥AE,由直线与平面垂直的判定定理可得AE⊥平面
,即
得证.根据两对应角相等,三角形相似证得Rt△ABE~Rt△A1AB,有相似比可证的
的比值.
试题解析:(1)证明:
连结交
于点
,所以
为
的中点,连结
在
中,
为
的中点
4分
面
且
面
面
7分
(2)若在线段上存在点
得
,连结
交
于点
面
且
面
又且
面
面
面
10分
在和
中有:
同理:
12分
即在线段
上存在点
有
14分
如图,已知是圆的直径,
垂直圆所在的平面,
是圆上任一点,
是线段
的中点,
是线段
上的一点.
求证:(Ⅰ)若为线段
中点,则
∥平面
;
(Ⅱ)无论在
何处,都有
.
正确答案
(Ⅰ)见解析; (II)见解析
试题分析:(Ⅰ) 由中位线可得∥
,根据线面平行的判定定理 可直接证得
∥平面
。
(Ⅱ)因为 在
上,所以总有
,要证
,只需证
。
试题解析:解:(I)分别为
的中点,
∥
. 4分
又
∥
6分
(II)为圆的直径,
.
. 8分
,
. 10分
无论在
何处,
,
. 12分
如图,已知在四棱锥中,底面
是矩形,
平面
,
、
分别是
、
的中点.
(Ⅰ)求证:平面
;
(Ⅱ)若与平面
所成角为
,且
,求点
到平面
的距离.
正确答案
(1)见试题解析;(2).
试题分析:(I)要证明平面
,关键是在平面
内找到一条与直线
平行的直线,本题就想是否有一个过直线
的平面与平面
相交,交线就是我们要找的平行直线(可根据线面平行的性质定理知),在图形中可容易看出应该就是平面
,只不过再想一下,交线到底是什么而已,当然具体辅助线的作法也可换成另一种说法(即试题解析中的直接取
中点
,然后连接
的方法);(2)由于
平面
,所以三棱锥
的体积可以很快求出,从而本题可用体积法求点
到平面
的距离,另外由于
,如果取
中点
,则有
,从而可得
平面
,也即平面
平面
,这时点
到平面
的垂线段可很快作出,从而迅速求出结论.
试题解析:(I)证明:如图,取的中点
,连接
.
由已知得且
,
又是
的中点,则
且
,
是平行四边形, ∴
又平面
,
平面
平面
(II)设平面
的距离为
,
【法一】:因平面
,故
为
与平面
所成角,所以
,
所以,
,又因
,
是
的中点所以
,
,
.
作于
,因
,则
,
则,
因所以
【法二】因平面
,故
为
与平面
所成角,所以
,
所以,
,又因
,
是
的中点所以
,
,
.
作于
,连结
,因
,则
为
的中点,故
所以平面
,所以平面
平面
,作
于
,则
平面
,所以线段
的长为
平面
的距离.
又,
所以.
已知向量=(2,-1,3),
=(-4,2,x),若
⊥
,则x=______;若
∥
则x=______.
正确答案
若 ⊥
,则
•
=-8-2+3x=0,x=
.
若∥
,则
=
=
,
∴x=-6,
故答案为 ,-6.
四棱锥P-ABCD中,侧面PAD⊥底面ABCD,底面ABCD是边长为2的正方形,又PA=PD,∠APD=60°,E、G分别是BC、PE的中点.
(1)求证:AD⊥PE;
(2)求二面角E-AD-G的正切值.
正确答案
(1)AD⊥PE;(2).
试题分析:(1)证明线线垂直要通过线面垂直证明,题中所给侧面PAD⊥底面ABCD是面面垂直,通过取AD的中点O,连结OP,OE,∵PA=PD,∴OP⊥AD,而OE⊥AD.,则AD⊥平面OPE.,从而能够证出AD⊥PE..(2)求二面角E-AD-G的正切值可以通过两种方法:①常规方法,作出二面角的平面角,并求出,取OE的中点F,连结FG,OG,则由(1)易知AD⊥OG,又OE⊥AD,∴∠GOE就是二面角E-AD-G的平面角,再利用三角形中边长关系求出∠GOE的正切值;②空间向量法,建立如图所示的空间直角坐标系,写出已知点的坐标,设平面ADG的法向量为,根据
,求出
,而平面EAD的一个法向量为,再根据
求出.
试题解析:(1)如图,取AD的中点O,连结OP,OE,∵PA=PD,∴OP⊥AD,
又E是BC的中点,∴OE∥AB,∴OE⊥AD.
又OP∩OE=0,∴AD⊥平面OPE.
∵PE⊂平面OPE,∴AD⊥PE.
(2)解法一:取OE的中点F,连结FG,OG,则由(1)易知AD⊥OG,
又OE⊥AD,∴∠GOE就是二面角E-AD-G的平面角,
∵PA=PD,∠APD=60°,
∴△APD为等边三角形,且边长为2,
∴OP=×2=
,FG=
OP=
,OF=
CD=1,
∴OG=,∴cos∠GOE=
解法二:建立如图所示的空间直角坐标系,则A(1,0,0),D(-1,0,0),P(0,0,),E(0,2,0),
∴
设平面ADG的法向量为,
由得
,
∴.
又平面EAD的一个法向量为,
又因为.
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