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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
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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
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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
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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
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