- 直线、平面垂直的综合应用
- 共97题
如图,在梯形中,∥,,,平面平面,四边形是矩形,,点在线段上.
(1)求证:平面;
(2)当为何值时,∥平面?证明你的结论;
(3)求二面角的平面角的余弦值.
正确答案
见解析
解析
(1)在梯形中,,四
边形是等腰梯形,且
又平面平面,交线为,平面.
(2)
当时,平面,由(1)知,以点C
为原点,所在直线为坐标轴,建立空间直角坐标系,则,,,,
平面,平面
与、共面,也等价于存在实数、,
使, 设.
,
又,, 从而要使得:
成立,需,解得 ,
当时,平面.
(3)过作,垂足为. 令
,
由得,,,
即 ,
二面角的大小就是向量与向量所夹的角. ,
即二面角的平面角的余弦值为.
知识点
如图,侧棱垂直底面的三棱柱ABC﹣A1B1C1中,AB⊥AC,AA1+AB+AC=3,AB=AC=t(t>0)。
(1)当AA1=AB=AC时,求证:A1C⊥平面ABC1;
(2)若二面角A﹣BC1﹣C的平面角的余弦值为,试求实数t的值。
正确答案
见解析。
解析
(1)证明:∵AA1⊥面ABC,∴AA1⊥AC,AA1⊥AB。
又∵AB⊥AC,∴分别以AB,AC,AA1所在直线为x,y,z轴建立空间直角坐标系,则A(0,0,0),C1(0,1,1),B(1,0,0),C(0,1,0),A1(0,0,1),
∴,
∴,,
∴,。
又∵AC1∩AB=A
∴A1C⊥平面ABC1。
(2)解:
分别以AB,AC,AA1所在直线为x,y,z轴建立空间直角坐标系。
则A(0,0,0),C1(0,t,3﹣2t),B(t,0,0),C(0,t,0),A1(0,0,3﹣2t),
∴,,,
设平面ABC1的法向量=(x,y,z),
则,令z=t,则=(0,2t﹣3,t)
同理可求平面BCC1的法向量=(1,1,0)。
设二面角A﹣BC1﹣C的平面角为θ,
则有|cosθ|=||==。
化简得5t2﹣16t+12=0,解得t=2(舍去)或t=。
所以当t=时,二面角A﹣BC1﹣C的平面角的余弦值为。
知识点
如图,设、是直角梯形两腰、的中点,于,现将沿折起,使二面角为,此时点在平面内的射影恰为点。
(1)证明:平面;
(2)证明:平面平面。
正确答案
见解析
解析
(1)在折起后的图中,取中点,连结、,由题意,为矩形。
∵ 为中点,为中点,
∴,且。
又∵为中点,且,
∴且。
∴四边形为平行四边形。
∴。
又∵平面,平面,
∴平面。
(2) 在折起后的图中,∵,,
∴平面,且即为二面角的平面角。
∴。
∵平面,∴。
又∵为中点,∴在等腰中,有,
∵,∴。
∵平面,平面,∴。
∵,∴。
∵,∴平面。
∵平面,∴平面平面。
知识点
如图,在棱长为1的正方体ABCD-A1B1C1D1中,点E是棱AB上的动点。
(1)求证:DA1⊥ED1 ;
(2)若直线DA1与平面CED1成角为45o,求的值;
(3)写出点E到直线D1C距离的最大值及此时点E的位置(结论不要求证明)。
正确答案
见解析
解析
以D为坐标原点,建立如图所示的坐标系,则D(0,0,0),A(1,0,0),
B(1,1,0),C(0,1,0),D1(0,1,2),A1(1,0,1),设E(1,m,0)(0≤m≤1)
(1)证明:,
所以DA1⊥ED1.-------------------------------------------------------------4分
(2)设平面CED1的一个法向量为,则
,而,
所以取z=1,得y=1,x=1-m, 得.
因为直线DA1与平面CED1成角为45o,所以
所以,所以,解得m=.-----11分
(3)点E到直线D1C距离的最大值为,此时点E在A点处.------14分
知识点
如图,在直三棱柱ABC-A1B1C1中,∠ACB=90°,2AC=AA1=BC=2。
(1)若D为AA1中点,求证:平面B1CD⊥平面B1C1D;
(2)当AD的长等于多少时?二面角B1-DC-C1的大小为60°。
正确答案
见解析
解析
解析:(1)如图所示,以C为原点,CA、CB、CC1所在直线为x,y,z轴建立空间直角坐标系,
则C(0,0,0),A(1,0,0),B1(0,2,2),C1(0,0,2),D(1,0,1),
即。
由,得CD⊥C1B1。
由,得CD⊥DC1。
又DC1∩C1B1=C1,∴CD⊥平面B1C1D,平面B1CD⊥平面B1C1D,……6分
(2)设AD=a,则D点坐标为(1,0,a),。
设平面B1CD的法向量为m=(x,y,z),则由。
令z=-1,得m=(a,1,-1)。
又平面C1DC的法向量为n=(0,1,0),则由,
即,故, …………12分
知识点
在如图所示的几何体中,四边形为平行四边形,平面,
//,//,//,.
(1)若是线段的中点,求证://平面;
(2)若,求二面角的余弦值。
正确答案
见解析。
解析
(1)∵
∴△∽△。
由于,因此
连接,由于,
在平行四边形中,是线段的中点,
则,且,
因此,且,
所以四边形为平行四边形,∴
又平面平面,∴平面
(2)解:∵,∴,
又平面,∴两两垂直。
分别以所在直线为轴、轴、
轴建立如图所示的空间直角坐标系。
则
故,又,∴,
.设平面的法向量,则
,∴ ,取,得,
所以 。
设平面的法向量,则
,∴ ,取,得,
所以 。
所以
故二面角的余弦值为 。
知识点
如图,圆柱的高为2,底面半径为3,AE、DF是圆柱的两条母线,B、C是下底面圆周
上的两点,已知四边形ABCD是正方形。
(1)求证:BC⊥BE;
(2)求正方形ABCD的边长;
(3)求直线AE与平面ABF所成角的正弦值。
正确答案
见解析。
解析
(1)∵AE是圆柱的母线∴AE⊥底而BEFC,
又面RFC ∴AE⊥BC
又∵ABCD是正方形,∴AB⊥BC
又AE⌒AB=A∴BC⊥面ABE
又面ABE,∴BC⊥BE
(2)∵四边形AEFD为矩形,且ABCD是正方形∴EF=BC,EF∥BC
∵BC⊥BE ∴四边形EFBC为矩形
∴BF为圆柱下底面的直径
设正方形ABCD的边长为x,则AB=EF=AB=x
在直角MEB中AE=2.AB=x,且得
在直角ABEF中BF=6.EF=x,且得
解得,即正方形ABCD的边长为
(3)解法一:
过E作EH⊥BF于H,连结AH。
∵AE是圆柱的母线∴AE⊥底面BEFC,
又∵底面BEFC,
∴AE⊥BF
∴BF⊥平面AEH
又平面ABF
∴平面AEH⊥平面ABF
∴AH就是AE在平面ABF上的射影
∴∠EAH就是直线AE与平面ABF所成角
在Rt△BEF中,
在Rt△AEH中,
所以直线EF与平面ABF所成角的正弦值为
解法二:
如图以F为原点建立空间直角坐标系,
则A(,0,2),B(,4,0),E(,0,0)。
设面ABF的法向量为,则令x=1.则
即
,设直线AE与平面ABF所成角的大小为θ,则
所以直线EF与平面ABF所成角的正弦值为
解法三:如图以E为原点建立空间直角坐标系,
则 A (O,0, 2) ,B (4, 0, 0) ,F (O,,O)。
设面ABF的法向量为,则
令y=1.则即
设直线EA与平面ABF所成角的大小为θ,则
所以直线EF与平面ABF所成角的正弦值为
知识点
与正方体ABCD﹣A1B1C1D1的三条棱AB、CC1、A1D1所在直线的距离相等的点( )
正确答案
解析
知识点
在区间[-,]内随机取两个数分别记为a,b,则使得函数 有零点的概率为 ( )
正确答案
解析
略
知识点
在棱长为4的正方体中,、分别为棱、上的动点,点为正方形的中心. 则空间四边形在该正方体各个面上的正投影所构成的图形中,面积的最大值为 .
正确答案
12
解析
考察在面CDD1C1上的投影,点A的投影为D,点G的投影为棱CC1的中点,当点E运动到A1时,其投影为D1,当点F运动到C1时投影仍为C1,此时该投影构成的图形面积最大。
知识点
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