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题型:简答题
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简答题 · 12 分

如图,在多面体中,四边形是正方形,.

(1)求证:

(2)求二面角的余弦值的大小。

正确答案

见解析

解析

(1)取的中点,连结

四边形为平行四边形, 从而

          ………………………………………………………………2分

四边形为平行四边形

,且

是正方形,,且

为平行四边形,

          ………………………………………………………………4分

          ………………………………………6分

(2)四边形为正方形, ,

 

由勾股定理可得: ,

 ,

由勾股定理可得:                                    …………………………………8分

故以为原点,以轴建立坐标系如图,则

,所以.

设面的法向量为,由

,令,则

设面的法向量为,则

,令,则         …………………………10分

所以

设二面角的平面角为

所以        ……………………………………………………12分

知识点

线面角和二面角的求法
1
题型:简答题
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简答题 · 10 分

将圆上各点的纵坐标压缩至原来的,所得曲线记作; 直线l:

(1)写出直线与曲线C的直角坐标方程

(2)求上的点到直线的距离.最大值

正确答案

见解析。

解析

(1)直线     曲线C: 

(2)设曲线上任一点为

它到直线的距离为,其中满足:.

∴当时,.                                   

解法二 ;用直角坐标方程,先求与l平行且与曲线C相切的切线方程,再求平行线间的距离也可(略)

知识点

线面角和二面角的求法
1
题型:简答题
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简答题 · 12 分

如图,四棱锥,底面为直角梯形,,,

,是等腰直角三角形,中点,

(1)证明:平面;

(2)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

证明:

(1)取中点,连接。∵中点

。∵是等腰直角三角形,中点,

。∵,,∴

平面平面

平面平面,∴

平面平面相交,

平面。 

(2)解法一:

连接,由勾股定理可知

建立如图所示的空间直角坐标系,设=2,

则点

设平面的法向量,平面的法向量

所以平面的一个法向量为

所以平面的一个法向量为           

所以           

解法二:

延长交于,由(1)知平面,

,交,可得平面.

,可求连接,过

,可得平面,因为所以

,交,连接,可求

所以为所求二面角的平面角,                    

所以所以       

知识点

直线与平面垂直的判定与性质线面角和二面角的求法
1
题型:简答题
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简答题 · 12 分

如图,已知四棱锥,底面是等腰梯形,且中点,平面中点。

(1)证明:平面平面

(2)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: ,…………2分

平行且等于,即四边形为平行四边形,所以.

                    …………6分

(2) 『解法1』:

延长交于点,连结,则平面,易证△与△全等,过,连,则,由二面角定义可知,平面角为所求角或其补角.

易求,又,由面积桥求得,所以

所以所求角为,所以

因此平面与平面所成锐二面角的余弦值为

『解法2』:

为原点,方向为轴,以平面内过点且垂直于方向为轴    以方向为轴,建立如图所示空间直角坐标系.

       ,…………8分

所以

可求得平面的法向量为

可求得平面的法向量为

因此平面与平面所成锐二面角的余弦值为.          …………12分

知识点

平面与平面平行的判定与性质直线与平面垂直的判定与性质线面角和二面角的求法
1
题型:简答题
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简答题 · 12 分

在几何体ABCDE中,AB=AD=BC=CD=2, ,且平面,平面平面.

(1)当平面时,求的长;

(2)当时,求二面角的大小。

正确答案

见解析

解析

解:(1)设,如图,建立空间直角坐标系,

则A(0,0,0),B(2,0,0),D(0,2,0),E(0,0,a),

取BD的中点T,连接CT,AT,则CTBD.

平面BCD平面ABD,

所以CT平面BCD,

所以CT//AE.

 AB=AD=BC=CD=2, ,

所以CDCB, ,

C(1,1, ),

设平面CDE的法向量为,

则有,    .

AB//平面CDE,

即AE的长为.

(2)连接AC,当时,由(1)可知平面CDE的一个法向量

又BDAT,BDAE, BD平面ACE,

平面ACE的一个法向量

二面角的大小为.

知识点

直线与平面平行的判定与性质直线与平面垂直的判定与性质平面与平面垂直的判定与性质线面角和二面角的求法
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题型:简答题
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简答题 · 12 分

某高速公路收费站入口处的安全标识墩如图4所示,墩的上半部分是正四棱锥P—EFGH,下半部分是长方体ABCD—EFGH,图5、图6分别是该标识墩的正(主)视图和俯视图。

(1)请画出该安全标识墩的侧(左)视图;

(2)求该安全标识墩的体积;

(3)证明:直线BD⊥平面PEG

正确答案

见解析

解析

(1)侧视图同正视图,如下图所示。

(2)该安全标识墩的体积为:

=

(3)如图,连结EG,HF及BD,EG与HF相交于O,连结PO,

由正四棱锥的性质可知,PO⊥平面EFGH,∴PO⊥HF

又EG⊥HF    ∴HF⊥平面PEG

又BD∥HF    ∴BD⊥平面PEG

知识点

线面角和二面角的求法
1
题型:简答题
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简答题 · 12 分

如图,已知矩形所在平面与矩形所在平面垂直,=1,是线段的中点.

(1)求证:平面

(2)求二面角的正弦值;

(3)求多面体的体积.

正确答案

见解析

解析

(1)连接于点,连接OF,

在矩形中, 为中点, ,    ……… 2 分

,  平面.    ……… 4分

(2)由题设易知

则建立如图所示的空间直角坐标系,

……………… 5分

设平面的一个法向量为

,得平面的一个法向量为, ……8分

平面的一个法向量为

设二面角,则

                      ………………… 9分

=.                                   ………………… 10分

(3)过点在面内作垂直于于点,则

的大小为四棱锥-的高,==

=.                         …………… 12分

知识点

线面角和二面角的求法
1
题型:简答题
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简答题 · 12 分

如图所示,直角梯形ACDE与等腰直角所在平面互相垂直,F为BC的中点,,AE∥CD,.

(1)求证:∥平面

(2)求二面角的余弦值。

正确答案

见解析

解析

(1)取BD的中点P,连结EP、FP,则PF

又∵EA,∴EAPF,……………………2分

∴四边形AFPE是平行四边形,∴AF∥EP,

又∵平面

∴AF∥面BDE.…………………………………………4分

(2)以CA、CD所在直线分别作为x轴,z轴,以过C点和AB平行的直线作为y轴,建立如图所示坐标系.…………………5分

可得:A(2,0,0,),B(2,2,0),E(2,0,1),D(0,0,2)

.…………………6分

∵面,面,∴

是面的一个法向量.…………………………8分

设面的一个法向量n=(x,y,z),则n,n.

整理,得,则

所以n=(1,1,2)是面的一个法向量.……………………………10分

.

图形可知二面角的平面角,所以其余弦值为.…………12分

知识点

线面角和二面角的求法
1
题型:简答题
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简答题 · 12 分

如图,正方形ABCD所在平面与平面四边形ABEF所在平面互相垂直,△ABE是等腰直角三角形,AB=AE,FA=FE,∠AEF=40°

(1)求证:EF⊥平面BCE;

(2)设线段CD、AE的中点分别为P、M,求证:PM∥平面BCE

(3)求二面角F—BD—A的大小。

正确答案

见解析

解析

(1)证明:因为平面ABEF⊥平面ABCD,BC平面ABCD,BC⊥AB,平面ABEF∩平面ABCD=AB,所以BC⊥平面ABEF。

所以BC⊥EF。

因为   ABE为等腰直角三角形,AB=AE,

所以AEB=45°,

又因为AEF=45,

所以FEB=90°,即EF⊥BE。

因为BC平面ABCD,BE平面BCE,

BC∩BE=B

所以EF⊥平面BCE

(2)取BE的中点N,连结CN,MN则

∴PMNC为平行四边形,所以PM∥CN。

∵CN在平面BCE内,PM不在平面BCE内。

∴PM//平面BCE。

(3)因△ABE等腰直角三角形,AB=AE,所以AE⊥AB

又因为平面ABEF∩平面ABCD=AB,所以AE⊥平面ABCD,所以AE⊥AD

即AD、AB、AE两两垂直;如图建立空间直解坐标系,

设AB=1,则AE=1,B(0,1,0),D(1,0,0),

从而

设平面BDF的一个法向量为并设

取y=1,则x=1  ,z=3,从而

取平面ABCD的一个法向量为

故二面角的大小为

知识点

线面角和二面角的求法
1
题型:简答题
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简答题 · 12 分

在四棱锥P﹣ABCD,PA=PB=AD=AB=4BC=4,E为PB的中点,AD∥BC,且AD⊥面PAB

(1)求证:BD⊥CE

(2)求二面角E﹣AC﹣B的余弦值大小。

正确答案

见解析

解析

解:(1)在四棱锥P﹣ABCD中,由于E为PB的中点,

再取DP的中点F,AP的中点为K,

则FK是三角形PAD的中位线,FK平行且等于AD;

EF是三角形PBD的中位线,故有BD∥EF ①。

再根据PA=PB=AD=AB=4BC=4,AD∥BC,且AD⊥面PAB,

可得EF=BD=2,CE==

FC===

显然有 CE2+EF2=FC2,∴EF⊥CE ②。

由①、②可得BD⊥CE。

(2)由题意可得平面ABCD⊥平面PAB,过点E作EG⊥AB,G为垂足,则EG⊥平面ABCD。

再过点G作GH⊥AC,H为垂足,则有三垂线定理可得,EH⊥AC,∴∠EHG为二面角E﹣AC﹣B的平面角。

=AB•EG,可得=,解得  EG=

由于AD⊥面PAB,AD∥BC,∴BC⊥面PAB,∴CPB⊥面PAB。

再根据等边三角形种AE⊥PB,∴AE⊥平面PBC,∴AE⊥EC。

再根据=,可得 =,解得 EH=2

直角三角形EGH中,sin∠EHG==

∴cos∠EHG==,即二面角E﹣AC﹣B的余弦值为

知识点

空间中直线与直线之间的位置关系线面角和二面角的求法
百度题库 > 高考 > 理科数学 > 线面角和二面角的求法

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