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向量法解决空间立体几何点存在性问题教师版.doc
向量法解决空间立体几何---点存在性问题-教师版
1、如图所不,在直二棱柱1 Ci 屮,X.ACB=90°f AA\ =BC=2AC=2.
若为儿4,中点,求证:平面丄平面
AAX上是否存在一点Z),使得二面角B-CD-C的大小为60°?
解:(1)证明:如图所示,以点c为原点,ca C5, cq所在直线分别为x,少, Z 轴建立空间直角坐标系.贝iJC(0,0,0), /1(1,0,0), 5,(0,2,2), C,(0,0,2), £(1,0,1),
即巧=(0,2,0), DC, =(-1,0,1),函=(1,0,1).
由 ?而=(0,2,0).(1,0,1)=0+0 + 0 = 0,得 丄而,即
由万f .65=(—i,o,i).(i,o,i)= — i+o+i=o,得冗丄而,即DqiCD.
又Z)GnCifii = G,/.CD丄平面BiCiD.火C£C平面BiCD,???平面CD丄平面 B\C\D.
(2)存在.当时,二面角5i-CZ)-Ci的大小为60°.理由如下:
设心则 £ 点坐标为(1,0, tz), CD=(l,0, a), CB, =(0,2,2),
设平面B\CD的法向量为m = (xf yf z),
\m CB I
\m CB I
112^
\m CBX =0 f2v+2z=0,
则乂 _. _ 令 z= — l,得 m = 0z,l, —1).
in CD =0 Lx十似=0,
又???(?公=(0,2,0)为平面CiCZ)的一个法向量,则cos 60° =
解得(负值舍去),故儿4b.??在儿七上存在一点乃满足题意.
如图,在三棱柱他屮,儿4AC是边长为4的正方形,平面他C 丄平面 AGCiC, AB=3, BC=5.
求证:^^丄平面刈C;
求二面角A^BCi-B{的余弦值;
or)
证明:在线段上存在点Z),使得/IZ)丄戌公,并求%的值.
解:(1)证明:因为四边形儿为正方形,所以/(扃丄乂c.
因为平面J5C丄平面且垂直于这两个平面的交线JC,所以
丄平面?15C.
(2)由(1)知儿七丄/(C,儿七丄/fS.由题知?/5=3, BC=59 AC=4f所以丄?/C. 如图,以?1为原点建立空间直角坐标系J-ajz,则5(0,3,0),4(0,0,4), 5i(0,3,4),
G (4,0,4),
A,B=(0,3, —4),AjC, =(4,0,0).设平面 的法向量为《=(x,灭,z),
w 4^=0, f3j;-4z=o,
贝M ?即] 令 z=3,则 x=0,v=4,所以 z! = (0,4,3).
n AXCX =0. l4x=0.
同理可得,平面的一个法向量为zw = (3,4,0).所以cos〈 h, m〉=二:|
_16
25-
由题知二面角A\-BCx-Bx为锐角,所以二面角^,-5Ci-5,的余弦值为
(3)证明:设7)(x,灭,z)是直线5(^上一点,且瓦5=2%.
所以(x, y—3, z)=A(4, —3,4).解得x=4A, y=3 —3A, z=4z.
—- 9
所以 AD=(4A,3 —3乂,4A).由 即 9—252=0,解得 2=^.
9
因为ge[o,l],所以在线段5(^上存在点/),使得dZ)丄45.
此时,iq=2=^-
3、如图,在四棱锥P-/I5C7)中,侧面似£丄底面/IfiCD,侧棱/M=PD=巧,烈 上PD,底而J5CZ)为直角梯形,其中BC//AD,丄AD, AB=BC=l,O为AD 中点.
求直线P5与平面A9C所成角的余弦值;
求5点到平面PCD的距离;
线段PZ)上是否存在一点0,使得二面角Q-AC-D的余弦值力f?若存在, 求出的值;若不存在,请说明理由.
解:(1)在中,PA=PD, 0为AD中点,所以7Y?丄又侧面PAD丄底 面ABCD,平面PdDn平面POC平面R4D,所以尸O丄平面J5CZ).
又在直角梯形J5CZ)中,连接0C,易得(9C丄JZ),所以以0为坐标原点,0C, OD,0P所在直线分别为X,y,z轴建立空间直角坐标系,则P(O,O,1),A(Of -1,0), 5(1, -1,0), C( 1,0,0), £(0,1,0),
.\PB=(lf -1, —1),易证CU丄平面戶OC, AOA=(0, —1,0)是平面尸(9C的法 向量,
cos PB , OA = .?.直线与平面尸所成角的余弦值为#.
PB \\OA | 3 3
PD=(O,1, —1),CP =(-1,0,1).设平面 的一个法向量为 a = (x,八
CP = —x+z=0
则乂 _ ’ 取z=l,得m = (1,1,1).人5点到平面尸CO的距离为
[w PD =y—z=0,
~BP u\ a/3
假设存在一点
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