18.本小题主要考查直线与平面垂直、直线与平面所成角的有关知识及思维能力和空间想象能力.考查应用向量知识解决数学问题的能力.满分12分.

方案一:

(Ⅰ)证明:∵PA⊥面ABCD,CD⊥AD,

∴由三垂线定理得:CD⊥PD.

因而,CD与面PAD内两条相交直线AD,PD都垂直,

∴CD⊥面PAD.

又CD面PCD,∴面PAD⊥面PCD.

(Ⅱ)解:过点B作BE//CA,且BE=CA,

则∠PBE是AC与PB所成的角.

连结AE,可知AC=CB=BE=AE=,又AB=2,

所以四边形ACBE为正方形.  由PA⊥面ABCD得∠PEB=90°

在Rt△PEB中BE=,PB=,  

(Ⅲ)解:作AN⊥CM,垂足为N,连结BN.

在Rt△PAB中,AM=MB,又AC=CB,

∴△AMC≌△BMC,

∴BN⊥CM,故∠ANB为所求二面角的平面角.

∵CB⊥AC,由三垂线定理,得CB⊥PC,

在Rt△PCB中,CM=MB,所以CM=AM.

在等腰三角形AMC中,AN·MC=,

.   ∴AB=2,

故所求的二面角为

方法二:因为PA⊥PD,PA⊥AB,AD⊥AB,以A为坐标原点AD长为单位长度,如图建立空间直角坐标系,则各点坐标为

A(0,0,0)B(0,2,0),C(1,1,0),D(1,0,0),P(0,0,1),M(0,1,.

(Ⅰ)证明:因

又由题设知AD⊥DC,且AP与与AD是平面PAD内的两条相交直线,由此得DC⊥面PAD.

又DC在面PCD上,故面PAD⊥面PCD.

(Ⅱ)解:因

由此得AC与PB所成的角为

(Ⅲ)解:在MC上取一点N(x,y,z),则存在使

要使

为所求二面角的平面角.

热点题型3 三垂线定理或逆定理作二面角的平面角

如图1,已知ABCD是上.下底边长分别为2和6,高为的等腰梯形,将它沿对称轴OO1折成直二面角,如图2.

 (Ⅰ)证明:AC⊥BO1;

(Ⅱ)求二面角O-AC-O1的大小.

解法一(I)证明 由题设知OA⊥OO1,OB⊥OO1.

    所以∠AOB是所折成的直二面角的平面角,

    即OA⊥OB. 故可以O为原点,OA、OB、OO1

        所在直线分别为轴、y轴、z轴建立空间直角坐标系,

    如图3,则相关各点的坐标是A(3,0,0),

    B(0,3,0),C(0,1,)

    O1(0,0,).

    从而

    所以AC⊥BO1.

(II)解:因为所以BO1⊥OC,

由(I)AC⊥BO1,所以BO1⊥平面OAC,是平面OAC的一个法向量.

设是0平面O1AC的一个法向量,

由   得.

设二面角O-AC-O1的大小为,由、的方向可知,>,

    所以cos,>=

    即二面角O-AC-O1的大小是

热点题型4 二面角与探索问题

如图,在长方体ABCD-A1B1C1D1,中,AD=AA1=1,AB=2,点E在棱AB上移动.

  (1)证明:D1E⊥A1D;

  (2)当E为AB的中点时,求点E到面ACD1的距离;

  (3)AE等于何值时,二面角D1-EC-D的大小为.

解法(一)

(1)证明:∵AE⊥平面AA1DD1,A1D⊥AD1,∴A1D⊥D1E

(2)设点E到面ACD1的距离为h,在△ACD1中,AC=CD1=,AD1=,

故

(3)过D作DH⊥CE于H,连D1H、DE,则D1H⊥CE,

  ∴∠DHD1为二面角D1-EC-D的平面角.

设AE=x,则BE=2-x

解法(二):以D为坐标原点,直线DA,DC,DD1分别为x,y,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)

(1)

(2)因为E为AB的中点,则E(1,1,0),

从而,

,

设平面ACD1的法向量为,

则

也即,得,从而,所以点E到平面AD1C的距离为

(3)设平面D1EC的法向量,∴

由  令b=1, ∴c=2,a=2-x,

∴

依题意

∴(不合,舍去), .

∴AE=时,二面角D1-EC-D的大小为.

 0  311641  311649  311655  311659  311665  311667  311671  311677  311679  311685  311691  311695  311697  311701  311707  311709  311715  311719  311721  311725  311727  311731  311733  311735  311736  311737  311739  311740  311741  311743  311745  311749  311751  311755  311757  311761  311767  311769  311775  311779  311781  311785  311791  311797  311799  311805  311809  311811  311817  311821  311827  311835  447090 

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