- 用向量证明线线、线面、面面的垂直、平行关系
- 共1400题
如图,在四棱锥P—ABCD中,底面ABCD是矩形,PA⊥平面ABCD,PA=AD=4,AB=2,以BD的中点O为球心、BD为直径的球面交PD于点M.
⑴求证:平面ABM⊥平面PCD;
⑵求直线PC与平面ABM所成角的正切值;
⑶求点O到平面ABM的距离.
正确答案
见解析
(I)证明:即可.
(2)找出线面角是解题的关键,而找线面角的关键是平面ABM的垂线.取PC的中点N,易证:,所以∠PNM 就是PC与平面ABM所成角..
(3)点O到平面ABM的距离是点C到平面ABM的距离的一半,然后转化为求点C到平面ABM的距离即可,而点C到平面ABM的距离等于点P到平面ABM的距离,所以所求的距离等于PM的长度的一半.
证明:(1)证明:
平面ABM⊥平面PCD
(2)平面ABM交PC于点N,则MN//CP
由(1)知PC与平面ABM所成角即为∠PNM=
则
(3)点O到平面ABM的距离即为点D到平面ABM的距离的一半
由上述知.
(本小题满分12分)已知直三棱柱中,
,
,点
在
上.
(1)若是
中点,求证:
∥平面
;
(2)当时,求二面角
的余弦值.
正确答案
(1)证明:连结BC1,交B1C于E,DE.
∵ 直三棱柱ABC-A1B1C1,D是AB中点,
∴侧面B B1C1C为矩形,DE为△ABC1的中位线,
∴ DE// AC1. …………………………………2分
因为 ∵DE平面B1CD, AC1
平面B1CD,
∴AC1∥平面B1CD. …………………………………4分
(2) ∵ AC⊥BC,
所以如图,以C为原点建立空间直角坐标系C-xyz.
则B (3, 0, 0),A (0, 4, 0),A1 (0, 0, c),B1 (3, 0, 4).
设D (a, b, 0)(,
), …………………5分
∵点D在线段AB上,且, 即
.
∴. …………………7分
所以,
,
.
高三数学(理工类)参考答案第2页(共4页)
平面BCD的法向量为. ……………………………………8分
设平面B1 CD的法向量为,
由 ,
, 得
,
所以,
. ……………………………………10分
设二面角的大小为
,
. ……………………11分
所以二面角的余弦值为
. ……………………12分
略
已知向量=(1,1,0),
=(-1,0,2),且k
+
与2
-
互相垂直,则k值是______.
正确答案
∵向量=(1,1,0),
=(-1,0,2),
∴k+
=(k-1,k,2),2
-
=(3,2,-2)
∵k+
与2
-
互相垂直,
则(k+
)•(2
-
)=3(k-1)+2k-4=5k-7=0
解得k=
故答案为:
如图,矩形ABCD和梯形BEFC所在平面互相垂直,BE//CF,BCF=
CEF=
,AD=
,EF=2.
(Ⅰ)求证:AE//平面DCF;
(Ⅱ)当AB的长为何值时,二面角A-EF-C的大小为.
正确答案
(1)见解析;(2).
由于理科有空间向量的知识,在解决立体几何试题时就有两套根据可以使用,这为考生选择解题方案提供了方便,但使用空间向量的方法解决立体几何问题也有其相对的缺陷,那就是空间向量的运算问题,空间向量有三个分坐标,在进行运算时极易出现错误,而且空间向量方法证明平行和垂直问题的优势并不明显,所以在复习立体几何时,不要纯粹以空间向量为解题的工具,要注意综合几何法的应用。(1)只要过点作
的平行线即可;(2)由于点
是点
在平面
内的射影,只要过点
作
的垂线即可很容易地作出二面角
的平面角,剩下的就是具体的计算问题。或者建立空间直角坐标系,使用法向量的方法求解。
方法一:(Ⅰ)证明:过点作
交
于
,连结
,
可得四边形为矩形,又
为矩形,所以
,从而四边形
为平行四边形,故
.因为
平面
,
平面
,
所以平面
.………6分
(Ⅱ)解:过点作
交
的延长线于
,连结
.
由平面平面
,
,得
平面
,
从而.所以
为二面角
的平面角.
在中,因为
,
,
所以,
.又因为
,所以
,
从而,于是
,
因为所以当
为
时,
二面角的大小为
………12分
方法二:如图,以点为坐标原点,以
和
分别作为
轴,
轴和
轴,建立空间直角坐标系
.设
,
则,
,
,
,
.
(Ⅰ)证明:,
,
,
所以,
,从而
,
,
所以平面
.因为
平面
,所以平面
平面
.
故平面
.………6分
(Ⅱ)解:因为,
,所以
,
,从而
解得.所以
,
.设
与平面
垂直,
则,
,解得
.又因为
平面
,
,所以
,
得到.所以当
为
时,二面角
的大小为
.………12分
(12分)如图,在底面是直角梯形的四棱锥中,
,
面
,
,
。
(1)求证:面;
(2)求点C到平面的距离。
正确答案
证明:(1)
由,
,而
,而
(2)方法不一,答案为,设所求距离为
.
=
=
=
由题易得,
,于是得
=
由 得
略
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