- 线面角和二面角的求法
- 共279题
在空间中,过点作平面的垂线,垂足为,记。设是两个不同的平面,对空间任意一点,,恒有,则
正确答案
解析
设所以,由已知得到:于,于,于,于,且恒成立,即与重合,即当时满足;如图2所示:
知识点
如图,在四面体中,平面,.是的中点, 是的中点,点在线段上,且.
(1)证明:平面;
(2)若二面角的大小为,求的大小。
正确答案
见解析。
解析
(1)方法一:如图6,取的中点,且是中点,所以.因为是中点,所以;又因为(Ⅰ)且,所以,所以面面,且面,所以面;
方法二:
如图7所示,取中点,且是中点,所以;取的三等分点,使,且,所以,所以,且,所以面;
(2)如图8所示,由已知得到面面,过作于,所以,过作于,连接,所以就是的二面角;由已知得到,设,所以
,
在中,,所以在中, ,所以在中
.
知识点
如图,正方形与梯形所在的平面互相垂直,,∥,,点在线段上。
(1)当点为中点时,求证:∥平面;
(2)当平面与平面所成锐二面角的余弦值为时,求三棱锥的体积。
正确答案
见解析。
解析
(1)以直线、、分别为轴、轴、轴建立空间直角坐标系,
则,,,所以。∴。
又是平面的一个法向量, ∵即,
∴∥平面。中学联盟网
(2)设,则,又
设,则,即。
设是平面的一个法向量,则
, ,
取 得 , 即
又由题设,是平面的一个法向量,
∴ 。
即点为中点,此时,,为三棱锥的高,
∴ 。
知识点
已知数列的前项和。
(1)求;
(2)证明:。
正确答案
见解析。
解析
(1),
,
所以.
(2)当时,;
当时,
知识点
如图6所示,平面平面,且四边形为矩形,四边形为直角梯形,,,,。
(1)求证平面;
(2)求平面与平面所成锐二面角的余弦值;
(3)求直线与平面所成角的余弦值。
正确答案
见解析。
解析
(法一)(1)
取中点为,连接、,
且,
,则 且,
四边形为矩形, 且,
且,
,则。
平面,平面,
平面。
(2)过点作的平行线交的延长线
于,连接,,,
,
,,,四点共面。
四边形为直角梯形,四边形为矩形,
,,又,
平面,,
又平面平面,
为平面与平面所成锐二面角的平面角。
,。
即平面与平面所成锐二面角的余弦值为。
(3)
过点作于,连接,
根据(2)知,,,四点共面,,
,,
又, 平面,
,则。
又, 平面。
直线与平面所成角为。
,,
,,,
。
即直线与平面所成角的余弦值为。
(法二)(1)
四边形为直角梯形,四边形为矩形,
,,
又平面平面,且
平面平面,
平面。
以为原点,所在直线为轴,所在直线为轴,
所在直线为轴建立如图所示空间直角坐标系。
根据题意我们可得以下点的坐标:
,,,,,, 则,。
,, 为平面的一个法向量。
又,
平面。
(2)设平面的一个法向量为,则
,,
, 取,得。
平面,
平面一个法向量为,
设平面与平面所成锐二面角的大小为,
则。
因此,平面与平面所成锐二面角的余弦值为。
(3)根据(2)知平面一个法向量为,
, ,
设直线与平面所成角为,则。
因此,直线与平面所成角的余弦值为。
知识点
如图,在直角梯形中,已知,,,.将沿对角线折起(图),记折起后点的位置为且使平面平面.
(1)求三棱锥的体积;
(2)求平面与平面所成二面角的平面角的大小。
正确答案
见解析。
解析
(1)∵平面平面,,
平面,平面平面,
∴平面, 即是三棱锥的高,
又∵,,,
∴
,
∴,
,
∴三棱锥的体积.
(2)方法一:
∵平面,平面,∴
又∵,,∴平面, ∵平面,∴
∴
∵,∴
∴
∴,即
由已知可知,
∵,∴平面
∵平面,∴平面平面
所以平面与平面所成二面角的平面角的大小为.
方法二:
过E作直线,交BC于G,则,
如图建立空间直角坐标系,则,
, 设平面的法向量为,
则,即化简得
令,得,所以是平面的一个法向量.
同理可得平面PCD的一个法向量为
设向量和所成角为,则
∴平面与平面所成二面角的平面角的大小为.
知识点
如图,在四面体中,平面,.是的中点, 是的中点,点在线段上,且.
(1)证明:平面;
(2)若二面角的大小为,求的大小.
正确答案
见解析
解析
证明(1)方法一:如图6,取的中点,且是中点,所以。因为是中点,所以;又因为(Ⅰ)且,所以,所以面面,且面,所以面;
方法二:如图7所示,
取中点,且是中点,所以;取的三等分点,使,且,所以,所以,且,所以面;
(2)如图8所示,
由已知得到面面,过作于,所以,过作于,连接,所以就是的二面角;由已知得到,设,所以
,
在中,,所以在中, ,所以在中
知识点
如图4,在三棱柱ABC-A1B1C1中,是边长为2的等边三角形,
平面ABC,D,E分别是CC1,AB的中点。
(1)求证:CE//平面A1BD;
(2)若H为A1B上的动点,当CH为平面A1AB所成最大角的正切值为
时,求平面A1BD与平面ABC所成二面角(锐角)的余弦值。
正确答案
见解析。
解析
解法一:
(1)证明:延长交的延长线于点,连接.
∵∥,且,
∴为的中点.
∵为的中点,
∴∥.
∵平面,平面,
∴∥平面.
(2)解:∵平面,平面,
∴.
∵△是边长为的等边三角形,是的中点,
∴,.
∵平面,平面,,
∴平面.
∴为与平面所成的角.
∵,
在Rt△中,,
∴当最短时,的值最大,则最大.
∴当时,最大. 此时,.
∴.
∵∥,平面,
∴平面.
∵平面,平面,
∴,.
∴为平面 与平面所成二面角(锐角).
在Rt△中,,.
∴平面 与平面所成二面角(锐角)的余弦值为.
解法二:
(1)证明:取的中点,连接、.
∵为的中点,
∴∥,且.
∵∥,且,
∴∥,.
∴四边形是平行四边形。
∴∥.
∵平面,平面,
∴∥平面.
(2)解:∵平面,平面,
∴.
∵△是边长为的等边三角形,是的中点,
∴,.
∵平面,平面,,
∴平面.
∴为与平面所成的角.
∵,
在Rt△中,,
∴当最短时,的值最大,则最大.
∴当时,最大. 此时,.
∴.
在Rt△中,.
∵Rt△~Rt△,
∴,即.
∴.
以为原点,与垂直的直线为轴,所在的直线为轴,所在的直线为轴,
建立空间直角坐标系.
则,,,.
∴,,.
设平面的法向量为,
由,,
得
令,则.
∴平面的一个法向量为.
∵平面, ∴是平面的一个法向量。
∴.
∴平面 与平面所成二面角(锐角)的余弦值为.
知识点
如图,正方形与梯形所在的平面互相垂直,,∥,,,为的中点。
(1)求证:∥平面;
(2)求证:平面平面;
(3)求平面与平面所成锐二面角的余弦值。
正确答案
见解析。
解析
(1)证明:取中点,连结,在△中,
分别为的中点,所以∥,且
,由已知∥,,所以
∥,且,所以四边形为平行四边形,
所以∥。
又因为平面,且平面,
所以∥平面,
(2)证明:在正方形中,,又因为
平面平面,且平面平面,
所以平面,所以。
在直角梯形中,,,可得。
在△中,,所以。
所以平面。
又因为平面,所以平面平面。
(3)(方法一)延长和交于,在平面
内过作于,连结,由平面平面,
∥,,平面平面=,
得,于是。
又,平面,所以,
于是就是平面与平面所成锐二面角的
平面角。
由,得.
又,于是有.
在中,.
所以平面与平面所成锐二面角的余弦值为,………14分
(方法二)
由(2)知平面,且。
以为原点,所在直线分别为轴,建立空间直角坐标系,易得 .平面的一个法向量为.设为平面的一个法向量,因为,所以,令,得。
所以为平面的一个法向量, ……12分
设平面与平面所成锐二面角为,
则,所以平面与平面所成锐二面角的余弦值为,
知识点
13.图1是某学生的数学成绩茎叶图,第1次到14次的考试成绩依次记为A1、A2、…、A14.图2是统计茎叶图中成绩在一定范围内考试次数的一个算法流程图,那么算法流程图输出的结果是________.
正确答案
10
解析
解析已在路上飞奔,马上就到!
知识点
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