- 用向量证明线线、线面、面面的垂直、平行关系
- 共1400题
如图,四棱锥中,底面
是平行四边形,
,
平面
,
,
,
是
的中点.
(1)求证:平面
;
(2)求平面与平面
所成锐二面角的余弦值.
正确答案
(1)见解析;(2).
试题分析:(1)利用直线与平面垂直的性质定理以及判定定理即可证明.,
,所以
平面
;
(2)利用空间向量求解,平面与平面
所成锐二面角的余弦值即为两平面的法向量所成角或补角的余弦值.以点
为原点,
分别为
轴建立空间直角坐标系,可求平面
的一个法向量
;平面
的一个法向量
,所以则
.
(1)平面
,
平面
,
由已知条件得:,
,所以
平面
(5分)
由(1)结合已知条件以点为原点,
分别为
轴建立空间直角坐标系,则:
,
,
,
,
,所以
7分
设是平面
的一个法向量,则
,
即:,取
,则得:
同理可求:平面的一个法向量
10分
设:平面和平面
成角为
,
则 12分
(本小题满分12分)
在如图所示的多面体中,四边形和
都为矩形。
(Ⅰ)若,证明:直线
平面
;
(Ⅱ)设,
分别是线段
,
的中点,在线段
上是否存在一点
,使直线
平面
?请证明你的结论。
正确答案
(1)证明详见解析;(2)存在,M为线段AB的中点时,直线平面
.
试题分析:(1)证直线垂直平面,就是证直线垂直平面内的两条相交直线.已经有了,那么再在平面内找一条直线与BC垂直.据题意易得,
平面ABC,所以
.由此得
平面
.(2)首先连结
,取
的中点O.考虑到
,
分别是线段
,
的中点,故在线段
上取中点
,易得
.从而得直线
平面
.
试题解析:(Ⅰ)因为四边形和
都是矩形,
所以.
因为AB,AC为平面ABC内的两条相交直线,
所以平面ABC.
因为直线平面ABC内,所以
.
又由已知,为平面
内的两条相交直线,
所以,平面
.
(2)取线段AB的中点M,连接,设O为
的交点.
由已知,O为的中点.
连接MD,OE,则MD,OE分别为的中位线.
所以,,
连接OM,从而四边形MDEO为平行四边形,则.
因为直线平面
,
平面
,
所以直线平面
.
即线段AB上存在一点M(线段AB的中点),使得直线平面
.
【考点定位】空间直线与平面的位置关系.
如图,在三棱柱中,
,顶点
在底面
上的射影恰为点
,
.
(1)证明:平面平面
;
(2 )若点为
的中点,求出二面角
的余弦值.
(1)证明:平面平面
;
(2)若点为
的中点,求出二面角
的余弦值.
正确答案
(1)证明详见解析;(2)
试题分析:(1)根据直线与平面垂直的性质可得,而已知
,由直线与平面垂直的判定定理可得
面
,根据平面与平面垂直的判定定理可得平面
平面
;
(2) 过P做PP1//A1B1交A1C1的中点于P1,由(1)可知P1A1,连接P1B,则为二面角
的平面角, 解
可得cos
的值.
试题解析:证明:(1)由题意得:面
,
∴, 2分
又,
∴面
, 3分
∵面
, ∴平面
平面
; 5分
(2)解法1:以A为原点,建立如图所示的空间直角坐标系,
则
因为P为棱的中点,故易求得
. 6分
设平面的法向量为
则得
令,则
8分
而平面的法向量
9分
则 11分
由图可知二面角为锐角,
故二面角的平面角的余弦值是
. 12分
解法2:过P做PP1//A1B1交A1C1的中点于P1,由(1)可知P1A1,连接P1B,则为二面角
的平面角, 8分
在中,
,
,
故二面角的平面角的余弦值是
12分
(本小题满分12分)
在平行四边形中,
,
.将
沿
折起,使得平面
平面
,如图.
(1)求证: ;
(2)若为
中点,求直线
与平面
所成角的正弦值.
正确答案
(1)参考解析;(2)
试题分析:(1)由,将
沿
折起,使得平面
平面
,即可得AB垂直于平面BCD.从而得到结论.
(2)依题意,可得,又由
平面BCD.如图建立直角坐标系. 求直线
与平面
所成角的正弦值.等价于求出直线
与平面
的法向量所成的角的余弦值.写出相应的点的坐标以及相应的向量,求出法向量即可得到结论.
试题解析:(1)因为平面
,平面
平面
平面
所以
平面
又
平面
所以
.
(2)过点在平面
内作
,如图.由(1)知
平面
平面
平面
所以
.以
为坐标原点,分别以
的方向为
轴,
轴,
轴的正方向建立空间直角坐标系.依题意,得
.则
.设平面
的法向量
.则
即
.取
得平面
的一个法向量
.设直线
与平面
所成角为
,则
即直线
与平面
所成角的正弦值为
.
如图,在棱长为2的正方体ABCD-A1B1C1D1中,E为棱CC1的中点。
(1)求证:BD⊥AE;
(2)求点A到平面BDE的距离.
正确答案
(1)详见解析,(2)
试题分析:(1)证明线线垂直,有两个思路,一是在平面几何中利用勾股定理,二是利用线面垂直转化.而异面直线垂直只能利用线面垂直转化.因为AC⊥BD,所以证明思路为证明BD⊥面ACE,而关键CC1⊥BD就可得到证明.(2)求点A到平面BDE的距离也有两个思路,一是作出A到平面BDE的距离,即垂线段,二是利用体积求高.本题作出A到平面BDE较为复杂,所以优先考虑利用体积求高.因为,所以
试题解析:(1)连结AC
ABCD-A1B1C1D1是正方体,
AC⊥BD,CC1⊥ABCD
又BD
面ABCD,
CC1⊥BD
又AC
C1C=C,
BD⊥面ACE
又AE
面ACE,
BD⊥AE
(2)设A到面BDE的距离为h
正方体的棱长为2,E为C1C中点,
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