- 线面角和二面角的求法
- 共279题
如图,在多面体中,四边形
是正方形,
,
,
,
.
(1)求证:面
;
(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
,
面
,
面
面
………………………………………………………………2分
,
,
四边形
为平行四边形
,且
又是正方形,
,且
故为平行四边形,
面
,
面
面
………………………………………………………………4分
,
面
面
面
,
面
………………………………………6分
(2)四边形
为正方形,
,
,
由勾股定理可得:,
,
,
面
,
,
由勾股定理可得:,
…………………………………8分
故以为原点,以
为
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
则,令
,则
…………………………10分
所以
设二面角的平面角为
,
所以 ……………………………………………………12分
知识点
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
如图,四棱锥,底面
为直角梯形,
,
,
,
是等腰直角三角形,
是
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,
是
中点,
∴,
∥
。∵
,
,∴
,
平面
,
平面
,
∴平面
。
平面
,∴
。
∵平面
,
平面
,
和
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
,
过作
,交
于
,可得
平面
.
令,可求
连接
,过
作
交于
,可得
平面
,因为
所以
过作
,交
于
,连接
,可求
所以为所求二面角的平面角,
所以所以
知识点
如图,已知四棱锥,底面
是等腰梯形,且
∥
,
是
中点,
平面
,
,
是
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:
且
∥
,…………2分
则平行且等于
,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
作
于
,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』:
以为原点,
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.
则,
,
,
,
,…………8分
所以,
,
可求得平面的法向量为
又,
,
可求得平面的法向量为
则,
因此平面与平面
所成锐二面角的余弦值为
. …………12分
知识点
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.
又平面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,BD
AE,
BD
平面ACE,
平面ACE的一个法向量
二面角
的大小为
.
知识点
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
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)连接交
于点
,连接O
F,
在矩形中,
为中点,
, ……… 2 分
,
,
平面
. ……… 4分
(2)由题设易知面
,
,
,
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
,
则
取,得平面
的一个法向量为
, ……8分
平面的一个法向量为
,
设二面角为
,则
………………… 9分
=
. ………………… 10分
(3)过点在面
内作
垂直于
于点
,则
面
,
即的大小为四棱锥
-
的高,
=
=
,
=
. …………… 12分
知识点
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,∴EA
PF,……………………2分
∴四边形AFPE是平行四边形,∴AF∥EP,
又∵面
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
由可得:A(2,0,0,),B(2,2,0),E(2,0,1),D(0,0,2)
则.…………………6分
∵面面
,面
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
.
∴即
整理,得
令
,则
所以n=(1,1,2)是面的一个法向量.……………………………10分
故.
图形可知二面角的平面角
,所以其余弦值为
.…………12分
知识点
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
即
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
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。
由=
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
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