22.(文)(本小题满分14分)(2009·山东高考)如图,

在直四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,底面ABCD

为等腰梯形,AB∥CD,AB=4,BC=CD=2,

AA1=2,E、E1分别是棱AD、AA1的中点.

(1)设F是棱AB的中点,证明:直线EE1∥平面FCC1;

(2)证明:平面D1AC⊥平面BB1C1C.

解:(1)证明:法一:取A1B1的中点为F1,连结FF1、C1F1,

由于FF1∥BB1∥CC1,所以F1∈平面FCC1,

因此平面FCC1即为平面C1CFF1.

连结A1D、F1C,

由于A1F1綊D1C1綊CD,

所以四边形A1DCF1为平行四边形,

因此A1D∥F1C.

又EE1∥A1D,得EE1∥F1C,

而EE1⊄平面FCC1,F1C⊂平面FCC1,

故EE1∥平面FCC1.

法二:因为F为AB的中点,CD=2,AB=4,AB∥CD,

所以CD綊AF,

因此四边形AFCD为平行四边形,

所以AD∥FC.

又CC1∥DD1,FC∩CC1=C,FC⊂平面FCC1,CC1⊂平面FCC1,

所以平面ADD1A1∥平面FCC1,

又EE1⊂平面ADD1A1,

所以EE1∥平面FCC1.

(2)证明:连结AC,在△FBC中,FC=BC=FB,

又F为AB的中点,所以AF=FC=FB,

因此∠ACB=90°,

即AC⊥BC.

又AC⊥CC1,且CC1∩BC=C,

所以AC⊥平面BB1C1C,

而AC⊂平面D1AC,

故平面D1AC⊥平面BB1C1C.

(理)(本小题满分14分)(2009·沈阳模拟)已知四棱锥

S-ABCD的底面ABCD是正方形,SA⊥底面

ABCD,E是SC上的任意一点.

(1)求证:平面EBD⊥平面SAC;

(2)设SA=4,AB=2,求点A到平面SBD的距离;

(3)当的值为多少时,二面角B-SC-D的大小为120°?

解:(1)∵SA⊥平面ABCD,BD⊂平面ABCD,

∴SA⊥BD,

∵四边形ABCD是正方形,

∴AC⊥BD,∴BD⊥ 平面SAC,

∵BD⊂平面EBD,

∴平面EBD⊥平面SAC.

(2)设AC∩BD=F,连结SF,则SF⊥BD,

∵AB=2,SA=4,∴BD=2,

SF===3,

∴S△SBD=BD·SF=·2·3=6,

设点A到平面SBD的距离为h,

∵SA⊥平面ABCD,

∴·S△SBD·h=·S△ABD·SA,

∴6·h=·2·2·4,∴h=,

即点A到平面SBD的距离为.

(3)设SA=a,以A为原点,AB、AD、AS所在直线分别为x、y、z轴建立空间直角坐标系,为计算方便,不妨设AB=1,则C(1,1,0),S(0,0,a),B(1,0,0),D(0,1,0),

∴=(1,1,-a),=(1,0,-a),=(0,1,-a),

再设平面SBC、平面SCD的法向量分别为n1=(x1,y1,z1),n2=(x2,y2,z2),

则

∴y1=0,从而可取x1=a,则z1=1,∴n1=(a,0,1),

∴x2=0,从而可取y2=a,则z2=1,∴n2=(0,a,1),

∴cos〈n1,n2〉=,

要使二面角B-SC-D的大小为120°,则=,从而a=1,

即当==1时,二面角B-SC-D的大小为120°.

21.(文)(本小题满分12分)(2010·徐州模拟)如图,PA垂直于矩形ABCD所在的平面,AD=PA=2,CD=2,E、F分别是AB、PD的中点.

(1)求证:AF∥平面PCE;

(2)求证:平面PCE⊥平面PCD;

(3)求四面体PEFC的体积.

解:(1)证明:设G为PC的中点,连接FG,EG,

∵F为PD的中点,E为AB的中点,

∴FG綊CD,AE綊CD

∴FG綊AE,∴AF∥GE

∴GE⊆平面PEC,

∴AF∥平面PCE;

(2)证明:∵PA=AD=2,∴AF⊥PD

∴PA⊥平面ABCD,CD⊆平面ABCD,

∴PA⊥CD,∵AD⊥CD,PA∩AD=A,

∴CD⊥平面PAD,

∵AF⊆平面PAD,∴AF⊥CD

∵PD∩CD=D,∴AF⊥平面PCD,

∴GE⊥平面PCD,

∵GE⊆平面PEC,

∴平面PCE⊥平面PCD;

(3)由(2)知,GE⊥平面PCD,

所以EG为四面体PEFC的高,

又GF∥CD,所以GF⊥PD,

EG=AF=,GF=CD=,

S△PCF=PD·GF=2.

得四面体PEFC的体积V=S△PCF·EG=.

(理)(本小题满分12分)如图所示,在直三棱柱

ABC-A1B1C1中,AB=1,AC=AA1=,

∠ABC=60°.

(1)证明:AB⊥A1C;

(2)求二面角A-A1C-B的余弦值.

解:法一:(1)证明:∵三棱柱ABC-A1B1C1为直三棱柱,∴AB⊥AA1,

在△ABC中,AB=1,AC=,∠ABC=60°,

由正弦定理得∠ACB=30°,

∴∠BAC=90°,即AB⊥AC,

∴AB⊥平面ACC1A1,

又A1C⊂平面ACC1A1,

∴AB⊥A1C.

(2)如图,作AD⊥A1C交A1C于D点,连结BD,

由三垂线定理知BD⊥A1C,

∴∠ADB为二面角A-A1C-B的平面角.

在Rt△AA1C中,AD===,

在Rt△BAD中,tan∠ADB==,

∴cos∠ADB=,

即二面角A-A1C-B的余弦值为.

法二:(1)证明:∵三棱柱ABC-A1B1C1为直棱柱,

∴AA1⊥AB,AA1⊥AC.

在△ABC中,AB=1,AC=,∠ABC=60°,

由正弦定理得∠ACB=30°,

∴∠BAC=90°,即AB⊥AC.

如图,建立空间直角坐标系,

则A(0,0,0),B(1,0,0),C(0,,0),A1(0,0,),

∴=(1,0,0),

=(0,,-).

∵·=1×0+0×+0×(-)=0,

∴AB⊥A1C.

(2)如图,可取m==(1,0,0)为平面AA1C的法向量,设平面A1BC的法向量为n=(l,m,n),

则·n=0,·n=0,

又=(-1,,0),=(0,,-).

∴∴l=m,n=m.

不妨取m=1,则n=(,1,1).

cos〈m,n〉=

==,

∴二面角A-A1C-B的余弦值为.

 0  374689  374697  374703  374707  374713  374715  374719  374725  374727  374733  374739  374743  374745  374749  374755  374757  374763  374767  374769  374773  374775  374779  374781  374783  374784  374785  374787  374788  374789  374791  374793  374797  374799  374803  374805  374809  374815  374817  374823  374827  374829  374833  374839  374845  374847  374853  374857  374859  374865  374869  374875  374883  447090 

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