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- 2021-06-17 发布
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第60练 向量法求解空间角和距离问题
[基础保分练]
1.平行六面体ABCD-A1B1C1D1中,向量,,两两的夹角均为60°,且||=1,||=2,||=3,则||等于( )
A.5B.6C.4D.8
2.在正方体ABCD-A1B1C1D1中,E是C1D1的中点,则异面直线DE与AC所成的角的余弦值为( )
A.B.C.-D.-
3.在空间直角坐标系O-xyz中,平面OAB的一个法向量为n=(2,-2,1),已知点P(-1,3,2),则点P到平面OAB的距离d等于( )
A.4B.2C.3D.1
4.(2019·绍兴一中模拟)设点M是棱长为2的正方体ABCD—A1B1C1D1的棱AD的中点,点P在平面BCC1B1所在的平面内,若平面D1PM分别与平面ABCD和平面BCC1B1所成的锐二面角相等,则点P到点C1的最短距离是( )
A.B.C.1D.
5.平面α的一个法向量为n=(1,-,0),则y轴与平面α所成的角的大小为( )
A.B.C.D.
6.如图所示,在空间四边形OABC中,OA=8,AB=6,AC=4,BC=5,∠OAC=45°,∠OAB=60°,则OA与BC的夹角的余弦值为( )
A. B.
C. D.
7.已知正方体ABCD-A1B1C1D1的棱长为a,点M在AC1上,且=1,N为B1B的中点,则||为( )
A.aB.aC.aD.a
8.P是二面角α-AB-β棱上的一点,分别在α,β平面上引射线PM,PN,如果∠BPM=∠BPN=45°,∠MPN=60°,那么二面角α-AB-β的大小为( )
A.60°B.70°C.80°D.90°
9.如图所示,正三棱柱ABC-A1B1C1的各棱长(包括底面边长)都是2,E,F分别是AB,A1C1的中点,则EF与侧棱C1C所成角的余弦值是________.
10.如图所示,已知空间四边形OABC中OB=OC,且∠AOB=∠AOC=,则cos〈,〉的值为________.
[能力提升练]
1.已知三棱柱ABC-A1B1C1的侧棱长与底面边长都相等,A1在底面ABC内的射影为△ABC的中心,则AB1与底面ABC所成角的正弦值等于( )
A.B.C.D.
2.(2019·浙江名校联盟联考)在平面α内,已知AB⊥BC,过直线AB,BC分别作平面β,γ,使锐二面角α-AB-β为,锐二面角α-BC-γ为,则平面β与平面γ所成的锐二面角的余弦值为( )
A.B.C.D.
3.(2019·金华一中模拟)已知点P是正方体ABCD-A1B1C1D1表面上一动点,且满足PA=2PB,设PD1与平面ABCD所成的角为θ,则θ的最大值为( )
A.B.C.D.
4.过正方形ABCD的顶点A,引PA⊥平面ABCD.若PA=BA,则平面ABP和平面CDP所成二面角的大小是( )
A.30°B.45°C.60°D.90°
5.如图,平面PAD⊥平面ABCD,ABCD为正方形,∠PAD=90°,且PA=AD=2,E,F分别是线段PA,CD的中点,则异面直线EF与BD所成角的余弦值为__________.
6.如图,已知平面四边形ABCD,AB=BC=3,CD=1,AD=,∠ADC=90°,沿直线AC将△ACD翻折成△ACD′,直线AC与BD′所成角的余弦的最大值是________.
答案精析
基础保分练
1.A 2.B 3.B 4.A 5.B 6.C 7.A 8.D 9. 10.0
能力提升练
1.B [设A1在底面ABC内的射影为O,过O作OH∥BC交AB于点H,以O为坐标原点,分别以,,的方向为x轴,y轴,z轴的正方向建立空间直角坐标系(图略).
设△ABC的边长为1,
则A,B1,
∴=,
平面ABC的法向量n=(0,0,1),
则AB1与底面ABC所成角α的正弦值sinα=|cos〈,n〉|
==.]
2.A [由题意以平面α为底面,以平面β,γ为两相邻的侧面构造正四棱锥E-ABCD,设
正四棱锥的底面边长为2,以点B为坐标原点,以AB,BC所在直线,过点B垂直于平面α的直线分别为x轴,y轴,z轴建立空间直角坐标系,则由题意易得B(0,0,0),A(2,0,0),C(0,2,0),E(1,1,),则=(2,0,0),=(0,2,0),=(1,1,),
设平面β的法向量为m=(x,y,z),则有
令z=-1,得平面β的一个法向量为m=(0,,-1),同理可得平面γ的一个法向量为n=(,0,-1),则平面β和平面γ所成锐二面角的余弦值为|cos〈m,n〉|===,故选A.]
3.A [以B为坐标原点,BC,BA,BB1所在直线分别为x轴,y轴,z轴建立如图所示的空间直角坐标系,
设正方体的边长为2,P(x,y,z),则A(0,2,0),因为PA=2PB,所以=2,即x2+2+z2=,所以点P的轨迹为以点Q为球心,为半径的球与正方体表面的交线,即为如图的,,,要使得PD1与底面ABCD所成的角最大,则PD1与底面ABCD的交点到点D的距离最短,从而点P在上,且在QD上,则DP=DQ-=-=2,此时,tanθ==1,所以θ的最大值为,故选A.]
4.B [建立如图所示的空间直角坐标系,
设AB=1,易得平面APB的一个法向量为n1=(0,1,0),平面PCD的一个法向量为n2=(0,1,1),
故平面ABP与平面CDP所成二面角的余弦值为=,
故所求二面角的大小是45°.]
5.
解析 以A为坐标原点,AB,AD,AP所在直线分别为x轴,y轴,z
轴,建立如图所示空间直角坐标系Axyz,
则E(0,0,1),F(1,2,0),B(2,0,0),D(0,2,0).
=(1,2,-1),=(-2,2,0),
故cos〈,〉==.
6.
解析 设直线AC与BD′所成角为θ,平面ACD翻折的角度为α,设O是AC中点,由已知得AC=,如图,
以OB为x轴,OA为y轴,过O与平面ABC垂直的直线为z轴,建立空间直角坐标系,
由A,B,C,
作DH⊥AC于H,翻折过程中,D′H始终与AC垂直,CH===,
则OH=,DH==,
因此可设D′,
则=,
与平行的单位向量为n=(0,1,0),
所以cosθ=|cos〈,n〉|
==,
所以cosα=-1时,cosθ取最大值.