- 线面角和二面角的求法
- 共279题
已知直三棱柱中,
,
是棱
的中点,如图所示。
(1)求证:平面
;
(2)求二面角的大小。
正确答案
见解析
解析
(1)按如图所示建立空间直角坐标系,由题知,可得点、
、
、
、
、
,
于是,,
可算得,
因此,,
又,
所以,,
(2)设是平面
的法向量,
∴
又,
∴ 取
,可得
即平面
的一个法向量是
,
由(1)知,是平面
的一个法向量,
记与
的夹角为
,则
,
,
结合三棱柱可知,二面角是锐角,
∴所求二面角的大小是
。
知识点
在三棱柱中,四边形
为菱形,
,D为AB 的中点。
(1)求证:;
(2)求直线,与平面
所成角的正弦值。
正确答案
见解析。
解析
知识点
如图,在四棱锥中,底面
是边长为
的正方形,侧面
底面
,且
,
、
分别为
、
的中点.
(1)求证:平面
;
(2) 求证:面平面
;
(3)在线段上是否存在点
,使得二面角
的余弦值为
?说明理由.
正确答案
见解析。
解析
(1)证明:连结,由正方形性质可知,
与
相交于
的中点
,
也为
中点,
为
中点.
所以在中,
//
又平面
,
平面
,
所以平面
(2)证明:因为平面平面
, 平面
面
为正方形,
,
平面
,所以
平面
.
又平面
,所以
.
又,所以
是等腰直角三角形,且
,即
.
又
,且
、
面
,所以
面
.
又面
, 所以面
面
(3)取的中点
,连结
,
,因为
,所以
.
又侧面底面
,平面
平面
, 所以
平面
,
而分别为
的中点,所以
,又
是正
方形,故
,[来源:学.科.网Z.X.X
以为原点,建立空间直角坐标系
,
则有,
,
,
,
,
若在上存在点
使得二面角
的余弦值为
,连结
,设
,
则,由(Ⅱ)知平面
的法向量为
,
设平面的法向量为
.则
,即
,解得
令,得
,来源:学.科.网]
所以,解得
(舍去
).
所以,线段上存在点
(
),使得二面角
的余弦值为
.
知识点
在如图所示的几何体中,四边形是等腰梯形,
∥
,
,
,在梯形
中,
∥
,且
,
⊥平面
。
(1)求证:;
(2)若二面角为
,求
的长。
正确答案
见解析。
解析
(1)证明:在中,
所以,由勾股定理知
所以
。 ……2分
又因为 ⊥平面
,
平面
所以 。 ………………………4分
又因为 所以
⊥平面
,又
平面
所以 。 ………………………6分
(2)因为⊥平面
,又由(1)知
,以
为原点,建立如图所示的空间直角坐标系
.
设,则
,
,
,
,
,
. …………………………8分
设平面的法向量为
,则
所以
令.所以
. ……………………………9分
又平面的法向量
……………………………10分
所以, 解得
。 ……………………11分
所以的长为
。 ……………………………………12分
知识点
如图,在四棱锥中,底面
是正方形,侧面
底面
,
分别为
,
中点,
。
(1)求证:平面
;
(2)求二面角的余弦值;
(3)在棱上是否存在一点
,使
平面
?若存在,指出点
的位置;若不存在,说明理由。
正确答案
见解析
解析
(1)如图,连结。
因为底面是正方形,
所以与
互相平分。
又因为是
中点,
所以是
中点。
在△中,
是
中点,
是
中点,
所以∥
。
又因为平面
,
平面
,
所以∥平面
。 ……………4分
(2)取中点
,在△
中,因为
,
所以。
因为面底面
,
且面面
,
所以面
。
因为平面
所以。
又因为是
中点,
所以。
如图,以为原点,
分别为
轴建立空间直角坐标系。
因为,所以
,则
,
,
,
,
,
,
,
。
于是,
,
。
因为面
,所以
是平面
的一个法向量。
设平面的一个法向量是
。
因为所以
即
令则
,
所以。
由图可知,二面角为锐角,所以二面角
的余弦值为
。…10分
(3)假设在棱上存在一点
,使
面
,设
,
则。 由(Ⅱ)可知平面
的一个法向量是
。
因为面
,所以
。
于是,,即
。
又因为点在棱
上,所以
与
共线。
因为,
,
所以。
所以,无解。
故在棱上不存在一点
,使
面
成立。 ……………14分
知识点
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