- 用向量证明线线、线面、面面的垂直、平行关系
- 共1400题
已知直三棱柱中,
,
,
为
的中点。(Ⅰ)求点C到平面
的距离;(Ⅱ)若
,求二面角
的平面角的余弦值。
正确答案
:(Ⅰ)(Ⅱ)
:(Ⅰ)因,D为AB的中点,得
。又
故
面
所以
到平面
的距离为
(Ⅱ):如答(19)图1,取为
的中点,连接
,则
又由(Ⅰ)知
面
故
,
故
为所求的二面角
的平面角。
因是
在面
上的射影,又已知
由三垂线定理的逆定理得
从而
,
都与
互余,因此
,所以
≌
,因此
,
得
从而所以在
中,
【考点定位】本小题主要考查立体几何的相关知识,具体涉及到线面垂直的关系、二面角的求法及空间向量在立体几何中的应用,解决此类问题的关键是熟悉几何体的结构特征,熟练进行线线垂直与线面垂直的转化,主要考查学生的空间想象能力与推理论证能力.本题可以利用空间向量来解题从而降低了题目的难度
如图,在三棱锥中,
,
为
的中点,
平面
,垂足
落在线段
上,已知
。
(Ⅰ)证明:;
(Ⅱ)在线段上是否存在点M,使得二面角
为直二面角?若存在,求
出AM的长;若不存在,请说明理由。(12分)
正确答案
见解析
第一问中,利用由,D是BC的中点,得
,又
平面ABC,得
,因为
,所以
平面PAD,故
‘利用线面垂直的性质定理得到。
第二问中,利用在平面PAB内作于M,连接CM,由(1)中知
,得
平面BMC,
又平面APC,所以平面
平面APC,在
中,
,得
,在
中,
。
在中,
。
所以,得
在中,
,得
又。
从而
所以综上所述,存在点M符合题意AM=3
(1)证明:由,D是BC的中点,得
,
又平面ABC,得
,因为
,
所以平面PAD,故
………….4分
(2)解:如图,在平面PAB内作于M,连接CM,由(1)中知
,得
平面BMC,
又平面APC,所以平面
平面APC,……….6分,
在中,
,得
,
在中,
。
在中,
。
所以,得
在中,
,得
又。
从而………….10分
所以
综上所述,存在点M符合题意AM=3。…………12分
(本题满分14分)如图2,正方体中,
分别是棱
的中点.
(1)求证:直线∥平面
;
(2)求证:平面∥平面
.
正确答案
17. (1)证明:连 1分
分别是棱
的中点
∥
∥
3分
∥
4分
∥平面
6分
(2)连,
是正方体 7分
则∥
且
9分
又且
∥
∥
且
10分
是平行四边形 11分
∥
12分
∥平面
13分
由(1)知∥平面
所以平面∥平面
14分
略
(本小题满分13分)如图,在三棱柱ABC—A1B1C1中,侧面BB1C1C,已知AB=BC=1,BB1=2,
,E为CC1的中点。
(1)求证:平面ABC;
(2)求二面角A—B1E—B的大小。
正确答案
解:(1)因为AB⊥侧面,
侧面
,故AB⊥BCl,
在△BCCl中,BC=1,,
,
可得△BCE为等边三角形,,所以BC⊥BCl.
而BCAB=B,∴C1B⊥平面AB C.…………………………6分
(2)在△中,
,
,
,
∴BE⊥EBl.
又∵AB⊥侧面BBlC1C,∴AB⊥BlE,
又ABBE=B,∴B1E⊥平面ABE,∴AE⊥BlE,
∴∠AEB即是二面角的平面角.
在Rt△ABE中,,故
.
所以二面角的大小为
.……………12分(亦可建立空间直角坐标系求解)
略
(2013•重庆)如图,四棱锥P﹣ABCD中,PA⊥底面ABCD,BC=CD=2,AC=4,∠ACB=∠ACD=,F为PC的中点,AF⊥PB.
(1)求PA的长;
(2)求二面角B﹣AF﹣D的正弦值.
正确答案
(1)2 (2)
(1)如图,连接BD交AC于点O
∵BC=CD,AC平分角BCD,∴AC⊥BD
以O为坐标原点,OB、OC所在直线分别为x轴、y轴,
建立空间直角坐标系O﹣xyz,
则OC=CDcos=1,而AC=4,可得AO=AC﹣OC=3.
又∵OD=CDsin=
,
∴可得A(0,﹣3,0),B(,0,0),C(0,1,0),D(﹣
,0,0)
由于PA⊥底面ABCD,可设P(0,﹣3,z)
∵F为PC边的中点,∴F(0,﹣1,),由此可得
=(0,2,
),
∵=(
,3,﹣z),且AF⊥PB,
∴•
=6﹣
=0,解之得z=2
(舍负)
因此,=(0,0,﹣2
),可得PA的长为2
;
(2)由(1)知=(﹣
,3,0),
=(
,3,0),
=(0,2,
),
设平面FAD的法向量为=(x1,y1,z1),平面FAB的法向量为
=(x2,y2,z2),
∵•
=0且
•
=0,∴
,取y1=
得
=(3,
,﹣2),
同理,由•
=0且
•
=0,解出
=(3,﹣
,2),
∴向量、
的夹角余弦值为cos<
,
>=
=
=
因此,二面角B﹣AF﹣D的正弦值等于=
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