题目列表(包括答案和解析)
6、(2009昆明市期末)如图,在正三棱柱ABC-A1B1C1中,BB1=2,BC=2
,D为B1C1的中点。
(Ⅰ)证明:B1C⊥面A1BD;
(Ⅱ)求二面角B-AC-B1的大小。
方法一:
(Ⅰ)证明:在Rt△BB1D和Rt△B1C1C中,
由
得
△BB1D∽△B1C1C,∠B1DB=∠B1CC1。
又 ∠CB1D+∠B1CC1=90°
故 ∠CB1D+∠B1DB=90°
故 B1C⊥BD.·····················3分
又 正三棱柱ABC-A1B1C1,D为B1C1的中点。
由 A1D⊥平面B1C,
得 A1D⊥B1C
又A1D∩B1D=D,
所以 B1C⊥面A1BD。···················································6分
(Ⅱ)解:设E为AC的中点,连接BE、B1E。
在正三棱柱ABC-A1B1C1中,B1C=B1A,∴B1E⊥AC,BE⊥AC,
即 ∠BEB1为二面角B-AC-B1的平面角·································9分
又
![]()
故
![]()
所以 二面角的大小为
······································12分
方法二:
(Ⅰ)证明:设BC的中点为O,如图建立空间直角坐标系O-xyz
依题意有![]()
则![]()
由
![]()
故 ![]()
又 ![]()
所以
![]()
故
又 BD∩BA1=B
所以 B1C⊥面A1BD,
(Ⅱ)依题意有![]()
![]()
设
⊥平面ACB1,
⊥平面ABC。
求得
![]()
故
![]()
所以 二面角的大小为
······································12分
5、(2009深圳一模)如图,
为圆
的直径,点
、
在圆
上,
,矩形
和圆
所在的平面互相垂直.已知
,
.
(Ⅰ)求证:平面
平面
;
(Ⅱ)求直线
与平面
所成角的大小;
(Ⅲ)当
的长为何值时,二面角
的大小为
?
解:(Ⅰ)证明:
平面
平面
,
,
平面
平面
=
,
平面
.
平面
,
,
又
为圆
的直径,
,
平面
.
平面
,
平面
平面
. …………………4分
(Ⅱ)根据(Ⅰ)的证明,有
平面
,![]()
为
在
平面
上的射影,
因此,
为直线
与平面
所成的角.
………………………5分
,
四边形
为等腰梯形,
过点
作
,交
于
.
,
,则
.
在
中,根据射影定理
,得
.…………………7分
,
.
直线
与平面
所成角的大小为
.
…………………8分
(Ⅲ)(解法一)过点
作
,交
的延长线于点
,连
.
根据(Ⅰ)的证明,
平面
,则
,
为二面角
的平面角,
.…………………9分
在
中,
,
,
. ………………… 10分
又
四边形
为矩形,
.
.
因此,当
的长为
时,二面角
的大小为
. …………………12分
(解法二)设
中点为
,以
为坐标原点,
、
、
方向
分别为
轴、
轴、
轴方向建立空间直角坐标系(如图)
设![]()
,则点
的坐标为![]()
在
中,
,
,
.
点
的坐标为
,点
的坐标为
,
,![]()
设平面
的法向量为
,则
,
.
即
令
,解得![]()
…………………10分
取平面
的一个法向量为
,依题意
与
的夹角为![]()
,即
,
解得
(负值舍去)
因此,当
的长为
时,二面角
的大小为
. …………………12分
4、(2009番禺一模)如图,在四棱锥
中,底面
是边长为
的正方形,侧面![]()
底面
,
且
,若
、
分别为线段
、
的中点.
(1) 求证:直线
// 平面
;
(2) 求证:平面
平面
;
(3) 求二面角
的正切值.
(1)证明:连结
,在
中
//
……2分
且![]()
平面
,
平面![]()
![]()
……………………………………………………….4分
(2)证明:因为面![]()
面
平面![]()
面![]()
![]()
所以,
平面
…………………………………………6分
又
,所以
是等腰直角三角形,且
即
……………………………………………………………….8分
,且
、![]()
面![]()
![]()
面![]()
又
面
面
面
………………………………………………………10分
(3)解:设
的中点为
,连结
,
,则![]()
由(Ⅱ)知
面
, ![]()
面
![]()
是二面角
的平面角………………………12分
中,
![]()
故所求二面角的正切为
……14分
另解:如图,取
的中点
, 连结
,
.
∵
, ∴
.
∵侧面![]()
底面
,
,
∴
,
而
分别为
的中点,∴
,又
是正方形,故
.
∵
,∴
,
.
以
为原点,直线
为
轴建立空间直线坐标系,则有
,
,
,
,
,
.
∵
为
的中点, ∴
.
(1)易知平面
的法向量为
而
,
且
, ∴
//平面
.
(2)∵
,
∴
,
∴
,从而
,又
,
,
∴
,而
, ∴平面
平面![]()
(3)由(2)知平面
的法向量为
.
设平面
的法向量为
.∵
,
∴由
可得
,令
,则
,
故
,∴
,
即二面角
的余弦值为
,二面角
的正切值为
.
3.(2009广东三校一模)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.
(Ⅰ)在梯形
中,
,
![]()
![]()
四边形
是等腰梯形,
且![]()
![]()
2分
又
平面
平面
,交线为
,
平面
4分
(Ⅱ)解法一、当
时,
平面
,
5分
在梯形
中,设
,连接
,则
6分
,而![]()
,
7分
,
四边形
是平行四边形,
8分
又
平面
,
平面![]()
平面
9分
解法二:当
时,
平面
,
由(Ⅰ)知,以点
为原点,
所在直线为坐标轴,建立空间直角坐标系,
5分
则
,
,
,
,
,![]()
平面
,
![]()
平面![]()
![]()
与
、
共面,
也等价于存在实数
、
,使
,
设
.
,![]()
![]()
又
,
,
6分
从而要使得:
成立,
需
,解得
8分
当
时,
平面
9分
(Ⅲ)解法一、取
中点
,
中点
,连结
,
,![]()
![]()
平面![]()
![]()
又
,
,又
,![]()
![]()
是二面角
的平面角.
6分
在
中,![]()
,
.
7分
又
.
8分
在
中,由余弦定理得
,
9分
即二面角
的平面角的余弦值为
.
解法二:由(Ⅰ)知,以点
为原点,
所在直线为坐标轴,
建立空间直角坐标系,则
,
,
,
,
,
过
作
,
垂足为
. 令
,
, ![]()
由
得,
,![]()
,即
11分
![]()
,![]()
二面角
的大小就是向量
与向量
所夹的角.
12分
13分
![]()
即二面角
的平面角的余弦值为
.
14分
2.如图,已知
是棱长为
的正方体,点
在
上,点
在
上,且
.
(1)求证:
四点共面;(4分);(2)若点
在
上,
,点
在
上,
,垂足为
,求证:
平面
;(4分);(3)用
表示截面
和侧面
所成的锐二面角的大小,求
.
证明:(1)建立如图所示的坐标系,则
,
,
,
所以
,故
,
,
共面.又它们有公共点
,所以
四点共面.
(2)如图,设
,则
,而
,由题设得
,
得
.因为
,
,有
,又
,
,所以
,
,从而
,
.故
平面
.
(3)设向量
截面
,于是
,
.
而
,
,得
,
,解得
,
,所以
.又
平面
,所以
和
的夹角等于
或
(
为锐角).
于是
. 故
.
1.如图,在三棱锥
中,
,
![]()
,
.
(Ⅰ)求证:
;(Ⅱ)求二面角
的大小;
(Ⅲ)求点
到平面
的距离.
解法一:(Ⅰ)取
中点
,连结
.
,
.
,
.
![]()
,
平面
.
平面
,
.
(Ⅱ)
,
,
.又
,
.
又
,即
,且
,
平面
.取
中点
.连结
.
,
.
是
在平面
内的射影,
.
![]()
是二面角
的平面角.在
中,
,
,
,
.
二面角
的大小为
.
(Ⅲ)由(Ⅰ)知
平面
,
平面
平面
.过
作
,垂足为
.
平面
平面
,
平面
.
的长即为点
到平面
的距离.
由(Ⅰ)知
,又
,且
,
平面
.
平面
,
.
在
中,
,
,
.
.
点
到平面
的距离为
.
解法二:(Ⅰ)
,
,
.又
,
.
,
平面
.
平面
,
.
(Ⅱ)如图,以
为原点建立空间直角坐标系
.则
.
设
.
,
,
.取
中点
,连结
.
,
,
,
.
是二面角
的平面角.
,
,
,
.
二面角
的大小为
.
(Ⅲ)
,
在平面
内的射影为正
的中心
,且
的长为点
到平面
的距离.
如(Ⅱ)建立空间直角坐标系
.
,
点
的坐标为
.
.
点
到平面
的距离为
.
4.等边三角形
与正方形
有一公共边
,二面角
的余弦值为
,
分别是
的中点,则
所成角的余弦值等于
答案
.
3.某几何体的一条棱长为
,在该几何体的正视图中,这条棱的投影是长为
的线段,在该几何体的侧视图与俯视图中,这条棱的投影分别是长为a和b的线段,则a+b的最大值为( )A.
B.
C.
D.![]()
答案 C
2.
(2009昆明一中第三次模拟)如图,正四棱柱
中,
,则异面直线
与
所成角的余弦值为( )
A.
B.
C.
D.![]()
答案 D
1. 连结球面上两点的线段称为球的弦.半径为4的球的两条弦AB、CD的长度分别等于2
、4
,M、N分别为AB、CD的中点,每条弦的两端都在球面上运动,有下列四个命题:
①弦AB、CD可能相交于点M ②弦AB、CD可能相交于点N ③MN的最大值为5 ④MN的最小值为l,其中真命题的个数为
A.1个 B.2个 C.3个 D.4个
答案 C
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