- 用向量证明线线、线面、面面的垂直、平行关系
- 共1400题
在正方形中,
是
的中点,
是侧面
内的动点且
//平面
,则
与平面
所成角的正切值得取值范围为 .
正确答案
试题分析:设平面与直线BC交于点G,连接AG、QG,则G为BC的中点
分别取的中点M、N,连接
,则
∵
∴.同理可得
,
∵是平面
内的相交直线
∴平面,
由此结合,可得直线
,即点F是线段
上上的动点.
设直线与平面
所成角为
,
运动点F并加以观察,可得:当F与M(或N)重合时,与平面
所成角等于
,此时所成角
达到最小值,满足
当F与MN中点重合时,
与平面
所成角达到最大值,满足
,
∴与平面
所成角的正切取值范围为
,
故答案为.
如图,在四棱锥中,底面
为菱形,
,
为
的中点.
(1)若,求证:平面
平面
;
(2)点在线段
上,
,试确定
的值,使
平面
.
正确答案
(1)详见解析;(2).
试题分析:(1)要证平面平面
,需要证明
平面
,只需证明
与
均成立;(2)探索性问题,要点
在线段
上,当
时
平面
,
需要求出,只需证明
∽
,即证明
,需证
∥
,
∽
,而
∥平面
是已知条件,显然成立.
试题解析:(1)连,
四边形
为菱形,
,
又 ,
为正三角形,
为
的中点,
, 3分
,
为
的中点,
,
又,
平面
,
平面
,
平面
平面
. 6分
(2)当时,
∥平面
,
证明:若∥平面
,连
交
于
,
由∥
可得,
∽
,
, , 9分
∥平面
,
平面
,平面
平面
,
∥
,
,即:
,
. 13分
如图,正方形所在的平面与正方形
所在的平面相互垂直,
、
分别是
、
的中点.
(1)求证:面面
;
(2)求直线与平面
所成的角正弦值.
正确答案
(1)详见解析;(2).
试题分析:(1)采用思路:线线垂直推出线面垂直,然后推出面面垂直;(2)利用定义法通过添加辅助线确定直线与平面
所成的角,然后通过解三角形求解其值.
试题解析:(1)∵为正方形,∴
又为正方形,∴
,∴
面
. 3分
又,∴
面
.
而面
,∴面
面
. 6分
(Ⅱ)作在
上的射影
,连
. 7′
∵,
,∴面
面
,
∴面面
,∴
面
,
∴为
与面
所成的角. 9分
作在
上的射影
,连
.
设,则
,
.
∴
,
∴直线与平面
所成的角的正弦值为
. 12分
(本小题13分)如图,棱锥的底面
是矩形,
⊥平面
,
,
(1)求证:⊥平面
;
(2)求二面角的大小;
(3)求点到平面
的距离.
正确答案
(1)见解析;(2);(3)
试题分析:(方法一)证明:(1)在中,
,
,
所以为正方形,因此
. ∵
⊥平面
,
平面
,
∴.又∵
, ∴
⊥平面
. ……4分
(2)解:由⊥平面
,知
为
在平面
内的射影,
又,∴
,知
为二面角
的平面角.
又∵,∴
. ……9分
(3)∵,∴
,
设到面
的距离为
,
由,有
,
即,
得. ……14分
(方法二)证明:(Ⅰ)建立如图所示的直角坐标系,
则、
、
.
在中,
,
,
∴
,
∴ ∵
,
即,又∵
, ∴
⊥平面
. ……4分
解:(2)由(Ⅰ)得.
设平面的法向量为
,则
即,∴
故平面
的法向量可取为
∵⊥平面
,∴
为平面
的法向量.
设二面角的大小为
,依题意可得
,
∴ ……9分
(3)由(Ⅰ)得,
设平面的法向量为
,
则,即
,∴
,
故平面的法向量可取为
.
∵,∴
到面
的距离为
. ……14分
点评:解决空间中的平行、垂直以及距离等问题,有传统方法和向量方法两种方法,用传统方法时,要注意紧扣定理,把符合定理的条件都列出来;用向量方法时,运算量较大,要仔细、快速进行.
如图,在三棱锥中,侧面
与侧面
均为等边三角形,
,
为
中点.
(Ⅰ)证明:平面
;
(Ⅱ)求二面角的余弦值.
正确答案
(Ⅰ)见解析;(Ⅱ)二面角的余弦值为
.
(I)由于侧面SBC为等边三角形,O为BC的中点,所以,
只需再取AC的中点M,连接SM,则根据条件易证:,
问题得证.
(II)解决本小题的关键是找出二面角的平面角,具体做法是取中点
,连结
,由(Ⅰ)知
,
得.
为二面角
的平面角.
(Ⅰ)由题设,连结
,
为等腰直角三角形,
所以,且
,又
为等腰三角形,
,且
,从而
.
所以为直角三角形,
.
又. 所以
平面
.…………………6分
(Ⅱ)解法一:取中点
,连结
,由(Ⅰ)知
,
得.
为二面角
的平面角.
由得
平面
.
所以,又
,
故.
所以二面角的余弦值为
………………13分
解法二:以为坐标原点,射线
分别为
轴、
轴的正半轴,建立如图的空间直角坐标系
.
设,则
.
的中点
,
.
.
故等于二面角
的平面角.……10分
,
所以二面角的余弦值为
.………12分
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