1.如圖,在四稜錐e-abcd中,ea⊥平面abcd,ab∥cd,ad=bc=ab,∠abc=.
(1)求證:△bce為直角三角形;
(2)若ae=ab,求ce與平面ade所成角的正弦值.
(1)證明在△abc中,ab=2bc,∠abc=,
由餘弦定理得ac2=ab2+bc2-2ab·bc·cos=3bc2,∴ac=bc,∴ac2+bc2=ab2,∴ac⊥bc.
又∵ea⊥平面abcd,∴ea⊥bc,
又∵ac∩ae=a,∴bc⊥平面ace,
∴bc⊥ce.∴△bce為直角三角形.
(2)解由(1)知:ac⊥bc,ae⊥平面abcd,
以點c為座標原點,,,的方向分別為x軸、y軸、z軸的正方向,
建立空間直角座標系c-xyz.
設bc=a,則ae=ab=2a,ac=a,
如圖2,在等腰梯形abcd中,過點c作cg⊥ab於g,則gb=a,∴cd=ab-2gb=a,
過點d作dh⊥bc於h,由(1)知,∠dch=60°,
∴dh=,ch=,
∴d.又c(0,0,0),a(a,0,0),
b(0,a,0),e(a,0,2a),
∴=,=(0,0,2a),
=(a,0,2a),
設平面ade的乙個法向量為n=(x0,y0,z0),則得
令x0=,則y0=-3,∴n=(,-3,0).
設ce與平面ade所成角為θ,則
sin θ=|cos 〈·n〉|===.
∴直線ce與平面ade所成角的正弦值為.
2.平行四邊形abcd中,ab=1,ad=,且∠bad=45°,以bd為折線,把△abd折起,使平面abd⊥平面bcd,連線ac.
(1)求證:ab⊥dc;
(2)求二面角b-ac-d的大小.
(1)證明在△abd中,bd2=ab2+ad2-2ab·adcos 45°=1,∴bd=1,∴ab⊥bd,
又∵平面abd⊥平面bdc,平面abd∩平面bdc=bd,
∴ab⊥平面bdc,又dc平面bdc,
∴ab⊥dc.
(2)解在四面體abcd中,以d為原點,db為x軸,dc為y軸,過d垂直於平面bdc的直線為z軸,建立如圖空間直角座標系,則d(0,0,0),b(1,0,0),c(0,1,0),a(1,0,1)
設平面abc的法向量為n=(x,y,z),而=(0,0,1),=(-1,1,0),由得
取n=(1,1,0),
再設平面dac的法向量為m=(x,y,z),而=(1,0,1),=(0,1,0),
由,得,取m=(1,0,-1),
所以cos 〈n,m〉==,
所以二面角b-ac-d的大小是60°.
3.如圖,在多面體abcdef中,abcd為正方形,ed⊥平面abcd,fb∥ed,且ad=de=2bf=2.
(1)求證:ac⊥ef;
(2)求二面角c-ef-d的大小;
(3)設g為cd上一動點,試確定g的位置使得bg∥平面cef,並證明你的結論.
(1)證明連線bd,∵fb∥ed,∴f,b,e,d共面,
∵ed⊥平面abcd,ac平面abcd,∴ed⊥ac,又abcd為正方形,∴bd⊥ac,而ed∩db=d,∴ac⊥平面dbfe,而ef平面dbfe,∴ac⊥ef.
(2)解如圖建立空間直角座標系.
則a(2,0,0),b(2,2,0),c(0,2,0),f(2,2,1),e(0,0,2),由(1)知為平面dbfe的法向量,即=(-2,2,0),
又=(0,-2,2),=(2,0,1)
設平面cef的法向量為n=(x,y,z),
則有即取z=1,則x=-,y=1,∴n=
則cos 〈n,〉===,
又平面cef與平面dbfe的二面角為銳角,所以θ=.
(3)解設g(0,y0,0),則=(-2,y0-2,0),由題意知⊥n,
∴·n=0,即(-2,y0-2,0)·=0,
解得y0=1,∴g點座標為(0,1,0),
即當g為cd的中點時,bg∥平面cef.
4.如圖,正方形aa1d1d與矩形abcd所在平面互相垂直,ab=2ad=2.
(1)若點e為ab的中點,求證:
bd1∥平面a1de;
(2)**段ab上是否存在點e,使二面角d1-ec-d的大小為?若存在,求出ae的長;若不存在,請說明理由.
解 (1)四邊形add1a1為正方形,連線ad1,a1d∩ad1=f,則f是ad1的中點,又因為點e為ab的中點,連線ef,則ef為△abd1的中位線,所以ef∥bd1.
又因為bd1平面a1de,ef平面a1de,
所以bd1∥平面a1de.
(2)根據題意得dd1⊥平面abcd,以d為座標原點,以da,dc,dd1所在直線分別為x,y,z軸建立空間直角座標系,則d(0,0,0),a1(1,0,1),d1(0,0,1),c(0,2,0).
設滿足條件的點e存在,
令e(1,y0,0)(0≤y0≤2),
=(-1,2-y0,0),=(0,2,-1),
設n1=(x1,y1,z1)是平面d1ec的法向量,
則得令y1=1,則平面d1ec的法向量為n1=(2-y0,1,2),由題知平面dec的乙個法向量n2=(0,0,1).
由二面角d1-ec-d的大小為得
cos===,
解得y0=2-∈[0,2],
所以當ae=2-時,二面角d1-ec-d的大小為.
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