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已知直三棱柱中, , , 是和的交点, 若.
(1)求的长; (2)求点到平面的距离;
(3)求二面角的平面角的正弦值的大小.
【解析】本试题主要考查了距离和角的求解运用。第一问中,利用ACCA为正方形, AC=3
第二问中,利用面BBCC内作CDBC, 则CD就是点C平面ABC的距离CD=,第三问中,利用三垂线定理作二面角的平面角,然后利用直角三角形求解得到其正弦值为
解法一: (1)连AC交AC于E, 易证ACCA为正方形, AC=3 …………… 5分
(2)在面BBCC内作CDBC, 则CD就是点C平面ABC的距离CD= … 8分
(3) 易得AC面ACB, 过E作EHAB于H, 连HC, 则HCAB
CHE为二面角C-AB-C的平面角. ……… 9分
sinCHE=二面角C-AB-C的平面角的正弦大小为 ……… 12分
解法二: (1)分别以直线CB、CC、CA为x、y为轴建立空间直角坐标系, 设|CA|=h, 则C(0, 0, 0), B(4, 0, 0), B(4, -3, 0), C(0, -3, 0), A(0, 0, h), A(0, -3, h), G(2, -, -) ……………………… 3分
=(2, -, -), =(0, -3, -h) ……… 4分
·=0, h=3
(2)设平面ABC得法向量=(a, b, c),则可求得=(3, 4, 0) (令a=3)
点A到平面ABC的距离为H=||=……… 8分
(3) 设平面ABC的法向量为=(x, y, z),则可求得=(0, 1, 1) (令z=1)
二面角C-AB-C的大小满足cos== ……… 11分
二面角C-AB-C的平面角的正弦大小为
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如图(1)一座钢索结构桥的立柱PC与QD的高度都是60 cm,A,C之间的距离是200 m,B,D间的距离为250 m,C,D间距离为2000 m,P点与A点间、Q点与B点间分别用直线式桥索相连结,立柱PC,QD间可以近似的看作是抛物线式钢索PEQ相连结,E为顶点,与AB距离为10 m,现有一只江鸥从A点沿着钢索AP,PEQ,QB走向B点,试写出从A点走到B点江鸥距离桥面的高度与移动的水平距离之间的函数关系.
王小明同学采用先建立直角坐标系,再求关系式的方法,他写道:
如图(2),以A点为原点,桥面AB所在直线为x轴,过A点且垂直与AB的直线为y轴,建立直角坐标系,则A(0,0),C(200,0),P( ),E( ),D(2200,0),Q( ),B(2450,0).请你先把上面没有写全的坐标补全,然后在王小明同学已建立的直角坐标系下完整地解决本题.
如图(1)一座钢索结构桥的立柱PC与QD的高度都是60 cm,A,C之间的距离是200 m,B,D间的距离为250 m,C,D间距离为2000 m,P点与A点间、Q点与B点间分别用直线式桥索相连结,立柱PC,QD间可以近似的看作是抛物线式钢索PEQ相连结,E为顶点,与AB距离为10 m,现有一只江鸥从A点沿着钢索AP,PEQ,QB走向B点,试写出从A点走到B点江鸥距离桥面的高度与移动的水平距离之间的函数关系.
王小明同学采用先建立直角坐标系,再求关系式的方法,他写道:
如图(2),以A点为原点,桥面AB所在直线为x轴,过A点且垂直与AB的直线为y轴,建立直角坐标系,则A(0,0),C(200,0),P( ),E( ),D(2200,0),Q( ),B(2450,0).请你先把上面没有写全的坐标补全,然后在王小明同学已建立的直角坐标系下完整地解决本题.
在四棱锥中,平面,底面为矩形,.
(Ⅰ)当时,求证:;
(Ⅱ)若边上有且只有一个点,使得,求此时二面角的余弦值.
【解析】第一位女利用线面垂直的判定定理和性质定理得到。当a=1时,底面ABCD为正方形,
又因为,………………2分
又,得证。
第二问,建立空间直角坐标系,则B(1,0,1)D(0,a,0)C(1,a,0)P(0,0,1)……4分
设BQ=m,则Q(1,m,0)(0《m《a》
要使,只要
所以,即………6分
由此可知时,存在点Q使得
当且仅当m=a-m,即m=a/2时,BC边上有且只有一个点Q,使得
由此知道a=2, 设平面POQ的法向量为
,所以 平面PAD的法向量
则的大小与二面角A-PD-Q的大小相等所以
因此二面角A-PD-Q的余弦值为
解:(Ⅰ)当时,底面ABCD为正方形,
又因为,又………………3分
(Ⅱ) 因为AB,AD,AP两两垂直,分别以它们所在直线为X轴、Y轴、Z轴建立坐标系,如图所示,
则B(1,0,1)D(0,a,0)C(1,a,0)P(0,0,1)…………4分
设BQ=m,则Q(1,m,0)(0《m《a》要使,只要
所以,即………6分
由此可知时,存在点Q使得
当且仅当m=a-m,即m=a/2时,BC边上有且只有一个点Q,使得由此知道a=2,
设平面POQ的法向量为
,所以 平面PAD的法向量
则的大小与二面角A-PD-Q的大小相等所以
因此二面角A-PD-Q的余弦值为
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