0  419755  419763  419769  419773  419779  419781  419785  419791  419793  419799  419805  419809  419811  419815  419821  419823  419829  419833  419835  419839  419841  419845  419847  419849  419850  419851  419853  419854  419855  419857  419859  419863  419865  419869  419871  419875  419881  419883  419889  419893  419895  419899  419905  419911  419913  419919  419923  419925  419931  419935  419941  419949  447090 

505. 如图9-19,在棱长为a的正方体ABCD-中,O是AC、BD的交点,E、F分别是AB与AD的中点.

图9-19

 (1)求异面直线与所成角的大小;

 (2)求异面直线EF与所成角的大小;

 (3)求异面直线EF与所成角的正切值;

 (4)求异面直线EF与的距离.

解析:(1)∵  ∥AC,∴  与AC所成的锐角或直角就是与所成的角,连结、,在△和△,∵  =,,,∴△≌△,∴.∴△是等腰三角形.∵  O是底边AC的中点,∴  ,故与所成的角是90°.

 (2)∵  E、F分别是AB、AD中点,∴  EF∥BD,又∵  ∥AC,∴  AC与BD所成的锐角或直角就是EF与所成的角.∵  四边形ABCD是正方形,∴  AC⊥BD,∴  EF与所成的角为90°

 (3)∵  EF∥BD,∴  为异面直线EF与所成的角.∵  四边形是正方形,∴  ,∴  在Rt△中,,==,∴  ,即EF与所成角的正切值为.

 (4)∵  EF∥BD,BD⊥AC,∴  EF⊥AC,设交点为G.∵  ⊥AC(由(1)

知)于O,则AC是异面直线EF与的公垂线,OG的长即为EF与间的距离,由于G是OA中点,O是AC中点,且,∴  ,即EF与间的距离为.

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504. 如图9-18,已知P为△ABC所在平面外一点,PC⊥AB,PC=AB=2,E、F分别为PA和BC的中点.

 (1)求证:EF与PC是异面直线;

 (2)EF与PC所成的角;

 (3)线段EF的长.

解析:(1)用反证法.假设EF与PC共面于a,则直线PE、CF共面a,则A∈a,B∈a,于是P与A、B、C共面于a,这与已知“P是平面ABC外一点”矛盾.故EF与PC是异面直线.

 (2)取PB中点G,连结EG、FG,由E、F分别是线段PA、BC中点,有EGAB,GFPC ∴  ∠GFE为异面直线EF与PC所成的角,∠EGF是异面直线PC与AB所成的角,∵  PC⊥AB,∴  EG ⊥GF,即∠EGF=90°.∵  PC=AB=2,∴  EG=1,GF=1,故△EFG是等腰直角三角形,∴  ∠GFE=45°,即EF与PC所成的角是45°.

 (3)由(2)知Rt△EGF中EG=1,GF=1,∠EGF=90°,∴  EF=

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503. 借助两支铅笔,试研究以下问题:

 (1)在平面内,过直线外一点有多少条直线与已知直线平行?在空间呢?

图9-17

 (2)在一个平面内,过一点有多少条直线与已知直线垂直?在空间呢?

 (3)在一个平面内,与该平面内的已知直线所成角为60°的直线有多少条?这些直线与已知直线的位置关系如何?在空间,与一条直线所成角为60°的直线有多少条?这些直线与已知直线的位置关系如何?

解析:(1)在一个平面内,过直线外一点有且只有一条直线与已知直线平行;在空间也如此.

 (2)在一个平面内,过一点(该点可在直线上,也可在直线外)有且只有一条直线与已知直线垂线;在空间过直线上或直线外一点都有无数条直线和已知直线垂直,这无数条直线在过已知点的一个平面上(以后可知该平面与直线垂直).

 (3)在一个平面内,与已知直线成60°角的直线有无数条,这无数条直线平行,且都与已知直线相交;在空间也是有无数条直线与已知直线成60°角,它们与已知直线位置关系是相交或异面.

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502. 在空间四边形ABCD中,E、F、G、H分别是边AB、BC、CD、DA的中点,得到四边形EFGH.

 (1)四边形EFGH是______________;

 (2)当对角线AC=BD时,四边形EFGH是______________;

 (3)当对角线满足条件______________时,四边形EFGH是矩形;

 (4)当对角线AC、BD满足条件_______时,四边形EFGH是正方形.

解析:(1)由三角形中位线定理可知EFAC,HGAC,于是EFHG,故四边形EFGH为平行四边形;

 (2)当AC=BD时,由EF=AC,EH=BD,得EF=EH,即平行四边形EFGH的邻边相等,故平行四边形EFGH为菱形;

 (3)要使平行四边形EFGH为矩形,需且只须一个角是直角.如需EF⊥FG,则AC⊥BD;

 (4)要使平行四边形EFGH为正方形,需且只须AC⊥ BD,且AC=BD;

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501. 在长方体ABCD-中,AB=2,,M、N分别是AD、DC的中点.

 (1)证明∥;

 (2)求异面直线MN与所成角的余弦值.

解析:(1)∵  ∥∥,==,∴  是平行四边形,∴AC∥,又MN∥AC,因此,MN∥.

 (2)由(1),是异面直线MN与所成角.在△中,,.于是有.

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500. 如图9-16,在棱长为a的正方体ABCD-中,求异面直线AC和的距离.

解析:连结交于,连结BD交AC于O,连结,在矩形中,是中点,O是AC中点,则于O.同理于,∴  是异面直线AC和的公垂线.∵  ==a,∴  AC与间的距离为a.

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499. 如图9-15,已知A是平面BCD外一点,满足AC=BD,M、N、P、Q分别是BC、CD、DA、AB的中点.求证:QN⊥PM.

解析:在△ABC中,∵  Q是AB中点,M是BC中点,∴  MQ∥AC,且MQ=AC,同理PN∥AC,且PN=AC.∴  QMPN.∴  四边形MNPQ是平行四边形,又 ∵ PQ=BD,QM=AC,AC=BD,∴  PQ=QM,∴  平行四边形MNPQ是菱形,∴  QN⊥PM.

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498. 如图9-13,P是平面ABC外一点,PA=4,,D、E分别为PC和AB的中点,且DE=3.求异面直线PA和BC所成角的大小.

解析:取AC中点F,连结DF、EF,在△PAC中,∵  D是PC中点,F是AC中点,则DF∥PA,同理可得EF∥BC,∴  ∠DFE为异面直线PA与BC所成的角.在△DEF中,DE=3,又DF=PA=2,EF=BC=,∴  ,∴ ∠DFE=90°,即异面直线PA与BC所成的角为90°.

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497. 如图9-12,O是平面ABC外一点,、、分别在线段OA、OB、OC上,且满足,.求证:△ABC∽△.

解析:∵  ,,∴  .在△AOB中,由,∴  ∥AB,同理∥BC,∵  与∠ABC方向相同,∴  =∠ABC,同理=∠BAC,∴  △∽△ABC.

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496. 如图9-11,在正方体ABCD-中,E、F分别是棱、的中点,求证:EF∥BD,且.

解析:连结.∵  ∥,∴  四边形是平面图形,又∵=,∴  四边形是平行四边形,∴  BD,在△中,∵  E、F分别是与的中点,∴  EF,由公理4有EF∥BD,且有.

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