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- 2021-07-01 发布
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随堂巩固训练(4)
1. 在二面角中,平面α的一个法向量n1=,平面β的一个法向量n2=,则二面角的大小为____________.
2. 在正方体ABCD-A1B1C1D1中,M是DD1的中点,O是底面ABCD的中心,P是棱A1B1上任意一点,则异面直线OP与AM所成角的大小为________.
3. 如图,在三棱锥PABC中,PA⊥平面ABC,AC⊥BC,PA=AB=2AC=2a,则AB与平面PBC所成角的正弦值为________.
4. 在正方体ABCD-A1B1C1D1中,E是对角线BD1上的点,且BE∶ED1=1∶3,则AE与平面BCC1B1所成角的正弦值为________.
5. 已知l∥α,且直线l的一个方向向量为(2,m,1),平面α的一个法向量为,则实数m=________.
6. 已知△ABC是等边三角形,PA⊥平面ABC,且PA=AC,则二面角P-BC-A的大小是________.
7. 在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD为平行四边形,∠DAB=60°,AB=2AD,PD⊥底面ABCD,PD=AD,则二面角APBC的余弦值为________.
8. 如图,在直三棱柱ABC-A1B1C1中,已知AB⊥AC,AB=2,AC=4,AA1=3,D是线段BC的中点.
(1) 求直线DB1与平面A1C1D所成角的正弦值;
(2) 求二面角B1A1DC1的余弦值.
9. 如图,在四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,侧棱A1A⊥底面ABCD,AB⊥AC,AB=1,AC=AA1=2,AD=CD=,且M和N分别为B1C和D1D的中点.
(1) 求证:MN∥平面ABCD;
(2) 求二面角D1ACB1的正弦值;
(3) 设E为棱A1B1上的点,若直线NE和平面ABCD所成角的正弦值为,求线段A1E的长.
10. 如图,在长方体ABCD-A1B1C1D1中,AD=AA1=1,AB=2,点E在棱AB上移动.
(1) 求证:D1E⊥A1D;
(2) 当E为AB的中点时,求点E到平面ACD1的距离;
(3) 试求AE等于何值时,二面角D1ECD的大小为.
答案与解析随堂巩固训练(4)
1. 30°或150° 解析:在二面角α-l-β中,平面α的一个法向量n1=,平面β的一个法向量n2=,所以cos〈n1,n2〉==-,则二面角α-l-β的大小为30°或150°.
2. 90° 解析:以点D为坐标原点,DA所在直线为x轴,DC所在直线为y轴,DD1所在直线为z轴建立空间直角坐标系.设正方体ABCDA1B1C1D1的棱长为2,A1P=t(0≤t≤2),A(2,0,0),M(0,0,1),O(1,1,0),P(2,t,2),=(-2,0,1),=(1,t-1,2),所以·=-2+0+2=0,则异面直线OP与AM所成角的大小为90°.
3. 解析:如图,作AD⊥PC,连结BD,因为PA⊥平面ABC,BC平面ABC,所以PA⊥BC.又因为AC⊥BC,PA∩AC=A,PA,AC平面PAC,所以BC⊥平面PAC.因为AD平面PAC,所以BC⊥AD.因为AD⊥PC,BC∩PC=C,BC,PC平面PBC,所以AD⊥平面PBC,所以∠ABD为直线AB与平面PBC所成的角.在Rt△PAC中,由等面积可得AD==,在Rt△ADB中,sin∠ABD==,所以直线AB与平面PBC所成角的正弦值为.
4. 解析:建立以点A为坐标原点,AB所在直线为x轴,AD所在直线为y轴,AA1所在直线为z轴的空间直角坐标系,令该正方体的棱长为2,则A(0,0,0),E,所以=.由正方体的性质取为平面BCC1B1的一个法向量,=(2,0,0),所以cos〈,〉=,故AE与平面BCC1B1所成角的正弦值为.
5. -8 解析:由题意得(2,m,1)·=2+m+2=4+m=0,解得m=-8.
6. 30° 解析:取PC,AC的中点E,F,连结EF,BF,以点F为原点,FB所在直线为x轴,FC所在直线为y轴,FE所在直线为z轴建立空间直角坐标系,令△ABC的边长为2,则P(0,-1,1),B(,0,0),C(0,1,0),A(0,-1,0),所以=(,1,-1),=(0,2,-1),=(-,1,0).设平面PBC的法向量n1=(x,y,z),则可得即
取y=1,故平面PBC的一个法向量为n1=,由题可知为平面ABC的一个法向量,则=(0,0,-1),所以cos〈n1,〉=-,故二面角PBCA的大小为30°.
7. - 解析:令AD=1,则AB=2,由∠DAB=60°易知DB=,所以DA⊥DB.以点D为坐标原点,DA所在直线为x轴,DB所在直线为y轴,DP所在直线为z轴建立空间直角坐标系,则A(1,0,0),P(0,0,1),B(0,,0),C(-1,,0),所以=(1,0,-1),=(0,,-1),=(-1,,-1).设平面APB的法向量n=(x,y,z),则取y=,得平面APB的一个法向量为n=(3,,3).设平面PBC的法向量m=(a,b,c),则取b=,得平面PBC的一个法向量为m=(0,,3).令二面角APBC的平面角为θ,由题可知θ为钝角,故cosθ=-|cos〈n,m〉|=-||=-||=-.
8. 解析:(1) 因为在直三棱柱ABCA1B1C1中,AB⊥AC,所以以A为坐标原点,AB、AC、AA1所在的直线分别为x轴、y轴、z轴,建立如图所示的空间直角坐标系,
则A(0,0,0),B(2,0,0),C(0,4,0),A1(0,0,3),B1(2,0,3),C1(0,4,3).
因为D是BC的中点,所以D(1,2,0),
所以=(0,4,0),=(1,2,-3).
设平面A1C1D的法向量n1=(x1,y1,z1),
则即
所以
取z1=1,则平面A1C1D的一个法向量n1=(3,0,1).=(1,-2,3),
所以|cos〈n1,〉|==,
所以直线DB1与平面A1C1D所成角的正弦值为.
(2) 由(1)得=(2,0,0),=(1,-2,3).设平面B1A1D的法向量n2=(x2,y2,z2),
则即
取得平面B1A1D的一个法向量n2=(0,3,2),所以cos〈n1,n2〉==,
所以二面角B1A1DC1的余弦值的大小为-.
9. 解析:(1) 如图,以A为原点建立空间直角坐标系,依题意可得A(0,0,0),B(0,1,0),C(2,0,0),D(1,-2,0),A1(0,0,2),B1(0,1,2),C1(2,0,2),D1(1,-2,2).
因为M,N分别为B1C和D1D的中点,
所以M,N(1,-2,1),
所以=.
依题意,可得n=(0,0,1)为平面ABCD的一个法向量,由此可得·n=0.又因为直线MN平面ABCD,
所以MN∥平面ABCD.
(2) 由(1)得=(1,-2,2),=(2,0,0).
设n1=(x1,y1,z1)为平面ACD1的法向量,则即
不妨设z1=1,可得平面ACD1的一个法向量n1=(0,1,1).
设n2=(x2,y2,z2)为平面ACB1的一个法向量,则
又=(0,1,2),得
不妨设z2=1,可得n2=(0,-2,1), 因此有cos〈n1,n2〉==-,
于是sin〈n1,n2〉=,
所以二面角D1ACB1的正弦值为.
(3) 依题意,可设=λ,其中λ∈[0,1],
则E(0,λ,2),从而=(-1,λ+2,1).
又n=(0,0,1)为平面ABCD的一个法向量,
由已知,得cos〈,n〉===,整理得λ2+4λ-3=0.
又因为λ∈[0,1],解得λ=-2,
所以线段A1E的长为-2.
10. 解析:(1) 以D为坐标原点,直线DA,DC,DD1分别为x轴、y轴、z轴,建立空间直角坐标系.
设AE=x,则A1(1,0,1),D1(0,0,1),E(1,x,0),A(1,0,0),C(0,2,0),
所以·=(1,0,1)·(1,x,-1)=0,
所以⊥,即D1E⊥A1D.
(2) 因为E为AB的中点,所以E(1,1,0),
从而=(1,1,-1),=(-1,2,0),=(-1,0,1).
设平面ACD1的法向量为n=(a,b,c),
则即所以
取a=2,
从而n=(2,1,2),所以点E到平面ACD1的距离为d===.
(3) 设平面D1EC的法向量m=(a,b,c).
因为=(1,x-2,0),=(0,2,-1),=(0,0,1),
则即
令b=1,
则c=2,a=2-x,
故平面D1EC的一个法向量m=(2-x,1,2).
依题意,cos==,
即=,
解得x1=2+(不合题意,舍去),x2=2-,
所以当AE=2-时,二面角D1ECD的大小为.