- 用向量证明线线、线面、面面的垂直、平行关系
- 共1400题
四棱锥底面是菱形,
,
,
分别是
的中点.
(1)求证:平面⊥平面
;
(2)是
上的动点,
与平面
所成的最大角为
,求二面角
的正切值.
正确答案
(1)参考解析;(2)
试题分析:(1)由已知可得直线AE垂直于BC,即可得到AE垂直于AD,又因为PA垂直于AE.所以可得AE垂直于平面PAD.即可得平面要证平面⊥平面
.
(2)通过点E作EG垂直于AF,EQ垂直于AC,连结QG即可证得为所求的二面角的平面角.由
与平面
所成的最大角为
.可得AE=AH.即可得EQ,QG的大小.从求得
的正切值,即二面角
的正切值.
(1)设菱形ABCD的边长为2a,则AE=
,∴AE⊥BC,又AD||BC, ∴AE⊥AD.∵PA⊥面ABCD, ∴PA⊥AE,AE⊥面PAD, ∴面AEF⊥面PAD.
(2)过E作EQ⊥AC,垂足为Q,过作QG⊥AF,垂足为G,连GE,∵PA⊥面ABCD,∴PA⊥EQ,EQ⊥面PAC,则∠EGQ是二面角E-AF-C的平面角.
过点A作AH⊥PD,连接EH,∵ AE⊥面PAD,∴∠AHE是EH与面PAD所成的最大角.
∵∠AHE=,∴AH=AE=
,AH﹒PD=PA﹒AD,2a﹒PA=
﹒
,PA=2
,PC=4a,EQ=
,CQ=
,GQ=
,tan∠EGQ=
.
如图,直四棱柱ABCD-A1B1C1D1的底面ABCD为平行四边形,其中AB=, BD=BC=1, AA1=2,E为DC的中点,F是棱DD1上的动点.
(1)求异面直线AD1与BE所成角的正切值;
(2)当DF为何值时,EF与BC1所成的角为90°?
正确答案
(1)3;(2)
试题分析:(1)求异面直线所成的角,应该先找后求,异面直线所成的角是指将两条异面直线经过平行移动后,移到相交位置时,所成的锐角或直角,故平移直线是找异面直线所成角的关键,通常平移办法有中位线平移、平行四边形平移、比例线段平移,找到所求的角后,然后借助平面图形去求;(2)直线和直线 垂直,通常采取的办法是,先证明线面垂直,进而证明线线 垂直,而证明线面垂直,又需要两个线线垂直关系,所以需从图里尽可能挖掘隐藏的垂直关系.
试题解析:(1)连接1.在直四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,∵
,
∥
,∴四边形
是平行四边形,所以
∥
,∴
就是异面直线AD1与BE所成角或者是其补角,因为
是边
的中点,所以
,又在直四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,
,∴
面
,所以
,在Rt△BEC1中,BE=
,EC1=
,所以tan ∠EBC1=
=3;
(2)当DF=时,EF与BC1所成的角为9 0°,由(1)知,
面
,∴
,∴当
时,
面
,从而
,在矩形
中,又DE=EC=
,CC1=AA1=2.
当DF=时,因为
,
, 所以△DEF∽△CC1E,所以∠DEF+∠CEC1=90°,
所以∠FEC1=90°,即FE⊥EC1.又EB∩EC1=E,所以EF⊥平面BEC1,
所以EF⊥BC1,即EF与BC1所成的角等于90°.
如图,在四棱锥中,底面
为矩形,
平面
,
,
为
中点.
(1)证明://平面
;
(2)证明:平面
.
正确答案
(1)参考解析;(2)参考解析
试题分析:(1)直线与平面平行的证明,根据判断定理要在平面内找一条直线与与该直线平行.所以要证//平面
,找到直线
即可.
(2)要证直线与平面垂直根据判断定理要在平面内找到两条相交的直线与该直线垂直即可.通过分析直线AE⊥PD由题意可得;另外直线CD垂直平面PAD,所以有可得直线CD垂直直线AE.又由于直线CD与直线PD相交,所以可证得结论.
试题解析:证明:(1)因为底面为矩形,
所以 .又因为
平面
,
平面
,
所以 //平面
.
(2)因为,
为
中点,
所以,因为
平面
,
所以.又底面
为矩形,
所以.
所以平面
.
所以.
所以平面
.
如图,三棱柱ABC—A1B1C1的侧棱AA1⊥底面ABC,∠ACB = 90°,E是棱CC1上动点,F是AB中点,AC = 1,BC = 2,AA1 = 4.
(Ⅰ)当E是棱CC1中点时,求证:CF∥平面AEB1;
(Ⅱ)在棱CC1上是否存在点E,使得二面角A—EB1—B的余弦值是,若存在,求CE的长,若不存在,请说明理由.
正确答案
(Ⅰ)详见试题解析;(Ⅱ)在棱上存在点
使得二面角A—EB1—B的余弦值是
,且
试题分析:(Ⅰ)根据直线平行平面的判定定理,需要在平面AEB1内找一条与CF平行的直线.根据题设,可取的中点
,通过证明四边形
是平行四边形来证明
,从而使问题得证;(Ⅱ)由于
两两垂直,故可以
为坐标原点,射线
为
轴的正半轴建立空间坐标系,利用空间向量求解.
试题解析:(Ⅰ)证明:取的中点
,联结
∵分别是棱
、
的中点,
∴
又∵
∴四边形是平行四边形,
∴
∵平面
,
平面
∴平面
(Ⅱ)解:由于两两垂直,故可以
为坐标原点,射线
为
轴的正半轴建立空间坐标系如图所示
则
设 ,平面
的法向量
,
则
由
得,取
得:
∵平面
∴是平面
的法向量,则平面
的法向量
∵二面角的平面角的余弦值为
∴
解之得
∴在棱上存在点
使得二面角A—EB1—B的余弦值是
,且
.
如图,AC是圆O的直径,点B在圆O上,,
交AC于点M,EA⊥平面ABC,FC∥EA,AC=4,EA=3,FC=1,
(1)证明;
(2)(文科)求三棱锥的体积
(理科)求平面和平面
所成的锐二面角的正切值.
正确答案
(1)详见解析;(2)(文科);(理科)1
试题分析:(1)要证明直线和直线垂直,只需证明线和面垂直,由 ,∴
面
,从而
,在梯形
中,证明
,从而
面
,∴
;(2)(文科)求三棱锥的体积,关键是确定三棱锥的高,往往需要等体积转化,
,可得;(2)理科,题中未给出两个半平面的交线,首先确定交线,延长
交
于
,连结
,然后先找二面角的平面角,再计算,过
做
,垂足
,连接
,证明
面
,则
,
就是所求二面角的平面角,计算即得结果.
试题解析:⑴∵EA⊥面ABC,BM面ABC,∴EA⊥MB,∴MB⊥AC,AC∩EA=A,∴MB⊥面ACEF,
∵EM面ACEF,∴EM⊥MB,在直角梯形ACEF中,EA=3,FC=1,AC=4,∴EF=
,在Rt△ABC中, ∵
∠BAC=30°,BM⊥AC,∴AM=3,CM=1,∴EM=,MF=
,∵EF2=EM2+MF2,∴EM⊥MF,
又MB∩MF=M,∴EM⊥面MBF, ∵BF面MBF,∴EM⊥BF 8分
⑵(文科) 由(1)知, MB⊥面ACFE ∴,在直角梯形ACEF中,
,
,∴
14分
(理科)延长EF交AC于H,连结BH,过C做CG⊥BH,垂足G,FC∥EA,EA⊥面ABC,
∴FC⊥面ABC,∵BH面ABC,∴BH⊥FC,∵FC∩CG=C,∴BH⊥面FCG,∵FG
面FCG,∴BH⊥FG,∴∠CGF为平面BEF与平面ABC所成的二面角的平面角,在直角梯形ACEF中,CH=2,,在△BCH中,CH=2,BC=2,∠BCH=
,∴CG=1,在Rt△CGF中,FC=1,
∴∠CGF=,平面BEF与平面ABC所成的锐二面角正切值为1 14分
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