- 线面角和二面角的求法
- 共279题
17.如图,在四棱锥中,
为等边三角形,平面
平面
,
,
,
,
,
为
的中点.
(Ⅰ) 求证:;
(Ⅱ) 求二面角的余弦值;
(Ⅲ) 若直线与平面
所成的角的正弦值为
,求实数
的值.
正确答案
见解析
解析
试题分析:本题属于立体几何中的基本问题,题目的难度是逐渐由易到难.
(Ⅰ)由于平面平面
,
为等边三角形,
为
的中点,则
,
,根据面面垂直性质定理,所以
平面EFCB,又
平面
,则
(Ⅱ)取CB的中点D,连接OD,则
以O为原点,分别以为
轴建立空间直角坐标系,
,
,
,
,
,
,
设平面
的
法向量
即
令
平面的法向量为
,
二面角的余弦值
,
由二面角为钝二面角,所以二面角
的余弦值为
.
(Ⅲ)
设直线与平面
所成角为
,
满足题意
考查方向
解题思路
本题考查立体几何中的线面位置关系,解题步骤如下:1、利用线面垂直的性质定理。2、利用向量法转化。
易错点
1、第一问中的线线垂直的判定。2、第二问中求二面角时要利用向量法。
知识点
19. 如图,已知多面体4 BCDEF中,ABCD为菱形,∠ABC=60°AE⊥平面ABCD,AE∥CF,AB=AE=1,AF⊥ BE。
( I )求证:平面BAF⊥平面BDE;
(Ⅱ)求二面角B-AF-D的余弦值。
正确答案
(1)略;(2).
解析
试题分析:本题属于立体几何中的基本问题,题目的难度是逐渐由易到难,(1)证明时要找到线面垂直才能下手去做;(2)要注意二面角为钝角这种情况。
(Ⅰ)证明:连交
于
,则
又面
,
面
,则
,
又
则面
,
面
则. 又
,
所以面
,而
面
,
所以平面平面
(Ⅱ)以为空间直角坐标系原点,以
为
轴,以
为
轴,以过
点平行于
以为
轴建立空间直角坐标系
求得平面的法向量为
求得平面的法向量为
设所求二面角为
则有
又因为所求二面角为钝角
所以所求二面角得余弦值为
考查方向
解题思路
本题考查空间几何体的基本证明和二面角计算,解题步骤如下:
1、利用线面垂直得到一组线线垂直再结合已知证出结论。
2、建系计算出法向量再利用公式得到,最后再判断二面角是钝角得出结论。
易错点
1、第一问不易找准线面垂直关系而没思路。2、第二问判断二面角为钝角上易出错。
知识点
19. 如图,在三棱柱中,已知
,
,
,
.
(1)求证:;[来源:Z|xx|k.Com]
(2)设 (
),且平面
与
所成的锐二面角的大小为
,试求
的值.
正确答案
(1)略;
(2);
解析
试题分析:本题第(1)问属于空间线面垂直关系的判定,是基础知识,难度中等;第(2)问是空间角的问题,可以用向量法进行解答。解答过程如下:
(Ⅰ)因为侧面,
侧面
,故
,在
中,
由余弦定理得:
,
所以,
故
,所以
,而
,
平面
.
(2)由(Ⅰ)可知,两两垂直.以
为原点,
所在直线为
轴建立空间直角坐标系.
则.
所以,所以
,
则,
. 设平面
的法向量为
,
则,
,
令,则
,
是平面
的一个法
向量.
平面
,
是平面
的一个法向量,
.
两边平方并化简得,所以
或
(舍去).
考查方向
解题思路
1、第(1)问根据线面垂直的性质定理可证,在平面ABC中寻找两条与C1B垂直的直线即可;
2、第(2)问可以通过建立空间直角坐标系,用用向量的方法进行解答。
易错点
在解决第二问时不能很好地分析而导致空间坐标系建立不正确而导致错误的出现。
知识点
正确答案
知识点
8.已知正方体,记过点
与三条直线
所成角都相等的直线条数为
, 过点
与三个平面
所成角都相等的直线的条数为
,则下面结论正确的是( )
正确答案
解析
由图可知过点A三条直线所成角都相等的直线条数为4条,过点
与三个平面
所成角都相等的直线的条数4.选D。
考查方向
本题主要考查了立体几何中异面直线所成角及直线和平面所成角,属于中档题,是高考的热点,解决此类题的关键:找出三条直线所成角都相等的直线条数。点与三个平面所成角都相等的直线的条数。
易错点
1、本题易在找点与三个平面
所成角都相等的直线的条数发生错误,易丢解。
知识点
17.如图,在四棱锥
中,
底面
,底面
为梯形,
,
,且
.
(Ⅰ)若点为
上一点且
,
证明:平面
;
(Ⅱ)求二面角的大小;
(Ⅲ)在线段上是否存在一点
,使得
?
若存在,求出的长;若不存在,说明理由
正确答案
见解析
解析
(Ⅰ)过点作
,交
于
,连接
,
因为,所以
.
又,
,所以
.
所以为平行四边形, 所以
.
又平面
,
平面
,
所以
平面
.
(Ⅱ)因为梯形中,
,
,所以
.
因为平面
,所以
,
如图,以为原点,
所在直线为
轴建立空间直角坐标系,
所以.
设平面的一个法向量为
,平面
的一个法向量为
,
因为
所以,即
,
取得到
,
同理可得,
所以,
因为二面角为锐角,
所以二面角为
.
(Ⅲ)假设存在点,设
,
所以,
所以,解得
,
所以存在点,且
考查方向
本题主要考察了立体几何中的线面平行,二面角和存在性问题,属于中档题,是高考的热点,解决此类题的关键:一是熟悉定理进行证明线面平行;二是向量法解决二面角的问题。
易错点
1、本题易在证明线面平行时,条件不全面。
2、本题可能在算法向量时易错,导致题目结果出错。
知识点
19.如图,已知长方形中,
,
,
为
的中点.将
沿
折起,使得平面
⊥
平面
.
(Ⅰ)求证:
(Ⅱ)若点
是线段
上的一动点,问点
在何位置时,
二面角的余弦值为
.
正确答案
(1)证明:
∵长方形ABCD中,AB=,AD=
,M为DC的中点,
∴AM=BM=2,∴BM⊥AM.
∵平面ADM⊥平面ABCM,平面ADM∩平面ABCM=AM,BM⊂平面ABCM
∴BM⊥平面ADM ∵AD⊂平面ADM ∴AD⊥BM;
(2)建立如图所示的直角坐标系,设,
则平面AMD的一个法向量
,
,
设平面AME的一个法向量为
取y=1,得
所以,
因为
,
求得,所以E为BD的中点.
解析
已知面面垂直,得到线线垂直。建立空间直角坐标系计算求得
考查方向
面面垂直的性质定理,二面角.
解题思路
求二面角最常用的方法就是分别求出二面角的两个面所在平面的法向量,然后通过两个平面的法向量的夹角得到二面角的大小,但要注意结合实际图形判断所求角是锐角还是钝角.
易错点
计算能力,找二面角的平面角
知识点
19.如图,四棱柱的底面
是平行四边形,且
,
,
,
为
的中点,
平面
.
(Ⅰ)证明:平面平面
;
(Ⅱ)若,试求二面角
的余弦值.
正确答案
见解析
解析
试题分析:本题属于立体几何中的基本问题,题目的难度是逐渐由易到难.
(Ⅰ)依题意
∴是正三角形,
,
∵⊥平面
,
平面
,
平面
平面
∴平面
平面
.
(Ⅱ)连接,由题可知
,又
,故
故以为原点,
分别为
轴建立空间直角坐标系,则
,
,
,
,故
设面的一个法向量
,则
,
令,则
,
,
同理可求出面的一个法向量
故,而由图可知二面角
为钝角,所以二面角
的余弦值为
.
考查方向
本题考查了立体几何中的面面垂直和二面角的问题.属于高考中的高频考点。
解题思路
本题考查立体几何,解题步骤如下:
1、转化为证明线面垂直。
2、建立空间直角坐标系,利用夹角的余弦公式求解。
易错点
1、第一问中的面面垂直的转化。
2、第二问中二面角求解时要建立适当的空间直角坐标系。
知识点
19.多面体ABCDEF中,AF⊥平面ABCD,DE⊥平面ABCD,AF=2,AB=AD=,BC=DC=1,∠BAD=60o,且B、C、E、F四点共面.
(1)求线段DE的长度;
(2)求二面角B-EF-D的大小;
正确答案
(1)DE=1;
(2)
解析
本题属于立体几何中的基本问题,题目的难度是逐渐由易到难,
(1)建好空间直角坐标系后,求出各点坐标;
(2)设出点E的坐标,再用共面定理求解出点E的坐标,再求出DE长。
(3)求出法向量再算出夹角。
(1)解:连接AC、BD,△ABD中,AB=AD=,∠BAD=60o,∴BD=
,∠ADB=60o
△BCD中,BC=DC=1,∴∠BDC=30o
∴∠ADC=90o,即DA⊥DC
∵DE⊥平面ABCD,∴DA、DC、DE是两两垂直
以点D为坐标原点,如图建立空间直角坐标系D-xyz,则
点A(,0,0),B(
,
,0),C(0,1,0),D(0,0,0),F(
,0,2),设E(0,0,h)
∴
∵B、C、E、F四点共面,∴,使得
∴
,∴
,∴E(0,0,1),即DE=1
(2)∵,设平面BEF的法向量为
由
,得平面BEF的一个法向量为
∴取平面DEF的一个法向量
∴
∴二面角B-EF-D的余弦值为
考查方向
本题考查了空间向量在立体几何中的应用,如何体现四点共面及二面角的计算,常见的问题有证明类——平行与垂直的证明;计算类——角度(线线角,线面角,二面角);长度(线度、点面、线面、面面距离)
易错点
1、遗忘共面定理导到出错;
2、二面角与法向量夹角之间是相等还是互补的判断。
知识点
19.四棱锥平面ABCD,2AD=BC=2a
,
(I)若Q为PB的中点,求证:
;
(II)若,求平面PAD与平面PBC所成二面角的大小.
(若非特殊角,求出所成角余弦即可)
正确答案
证明 (Ⅰ) 连结,
中,
由余弦定理:
,
解得
所以为直角三角形,
因为,所以
又因为平面
所以,因为
所以平面
平面
所以,平面平面
又因为,
为
中点
所以
因为平面平面
所以平面
平面
所以
(Ⅱ)
可得
取中点
可证得为矩形
以为坐标原点分别以
所在直线为
轴,
建立空间直角坐标系,
平面
所以面是平面
的法向量,
设平面的法向量为
所以
,令
可得
解得:
所以
所以平面与平面
所成二面角为
解法2本题也可以采用作出两平面的交线,再作出二面角平面角的方法.
评分标准,作角证角4分,求角2分.
解析
见答案
考查方向
本题主要考查空间向量积,线面垂直、二面角平面角等考点。
解题思路
利用余弦定理求角度,根据相关知识证明结论
易错点
找不到二面角的平面角,空间向量积不会计算
知识点
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