例1、⑴已知水平平面
内的两条相交直线a, b所成的角为
,如果将角
的平分线
绕着其顶点,在竖直平面内作上下转动, 转动到离开水平位值的
处,且与两条直线a,b都成角
,则
与
的大小关系是
(
)
A.
或
B.
>
或
<
C.
>
D.
<![]()
⑵已知异面直线a,b所成的角为70
,则过空间一定点O,与两条异面直线a,b都成60
角的直线有
( )条.
A. 1 B. 2 C. 3 D. 4
⑶异面直线a,b所成的角为
,空间中有一定点O,过点O有3条直线与a,b所成角都是60
,则
的取值可能是
( ).
A. 30
B. 50
C. 60
D. 90![]()
分析与解答:
⑴ 如图1所示,易知直线
上点A在平面
上的射影是ι上的点B,过点B作BC⊥b,
则AC⊥b.![]()
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![]()
在Rt△OBC和Rt△OAC中,tg
=
,tg
=
.显然,AC>BC,
∴tan
> tan
,又
、![]()
(0,
,∴
>
.故选C.
|
|
|
![]()
(2)D(3)C
图1
例2、已知PA⊥矩形ABCD所在平面,M、N分别是AB、PC的中点.
(1)求证:MN⊥AB;
(2)设平面PDC与平面ABCD所成的二面角为锐角θ,问能否确定θ使直线MN是异
面直线AB与PC的公垂线?若能,求出相应θ的值;若不能,说明理由.
解:(1)∵PA⊥矩形ABCD,BC⊥AB,∴PB⊥BC,PA⊥AC,即△PBC和△PAC都是
以PC为斜边的直角三角形,
,又M为AB的中点,∴MN⊥AB.
(2)∵AD⊥CD,PD⊥CD.∴∠PDA为所求二面角的平面角,即∠PDA=θ.
设AB=a,PA=b,AD=d,则
,
设PM=CM则由N为PC的中点,∴MN⊥PC由(1)可知MN⊥AB,
∴MN为PC与AB的公垂线,这时PA=AD,∴θ=45°。
例3、如图,直三棱柱ABC-A1B1C1的底面ABC为等腰直角三角形,∠ACB=900,AC=1,C点到AB1的距离为CE=
,D为AB的中点.
(1)求证:AB1⊥平面CED;
(2)求异面直线AB1与CD之间的距离;
(3)求二面角B1-AC-B的平面角.
解:(1)∵D是AB中点,△ABC为等腰直角三角形,
∠ABC=900,∴CD⊥AB又AA1⊥平面ABC,∴CD⊥AA1.
∴CD⊥平面A1B1BA ∴CD⊥AB1,又CE⊥AB1,
∴AB1⊥平面CDE;
(2)由CD⊥平面A1B1BA ∴CD⊥DE
∵AB1⊥平面CDE ∴DE⊥AB1,
∴DE是异面直线AB1与CD的公垂线段
∵CE=
,AC=1 , ∴CD=
∴
;
(3)连结B1C,易证B1C⊥AC,又BC⊥AC ,
∴∠B1CB是二面角B1-AC-B的平面角.
在Rt△CEA中,CE=
,BC=AC=1,∴∠B1AC=600
∴
, ∴
,
∴
, ∴
.
说明:作出公垂线段和二面角的平面角是正确解题的前提, 当然, 准确地作出应当有严格的逻辑推理作为基石.
例4、在直角梯形ABCD中,∠A=∠D=90°,AB<CD,SD⊥平面ABCD,AB=AD=a,S D=
,在线段SA上取一点E(不含端点)使EC=AC,截面CDE与SB交于点F。
(1)求证:四边形EFCD为直角梯形;
(2)求二面角B-EF-C的平面角的正切值;
(3)设SB的中点为M,当
的值是多少时,能使△DMC
为直角三角形?请给出证明.
解:(1)∵ CD∥AB,AB
平面SAB ∴CD∥平面SAB
面EFCD∩面SAB=EF,
∴CD∥EF ∵![]()
又
面
∴
平面SAD,∴
又
为直角梯形
(2)
平面
∥
平面SAD
即为二面角D-EF-C的平面角
中![]()
而
且![]()
为等腰三角形,
(3)当
时,
为直角三角形 .
,
平面
平面
.
在
中,
为SB中点,
.
平面
平面
为直角三角形。
例5.如图,在棱长为1的正方体ABCD-A1B1C1D1中,AC与BD交于点E,CB与CB1交于点F.
(I)求证:A1C⊥平BDC1;
(II)求二面角B-EF-C的大小(结果用反三角函数值表示).
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解法一:(Ⅰ)∵A1A⊥底面ABCD,则AC是A1C在底面ABCD的射影.
∵AC⊥BD.∴A1C⊥BD.
同理A1C⊥DC1,又BD∩DC1=D,
∴A1C⊥平面BDC1.
(Ⅱ)取EF的中点H,连结BH、CH,
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又E、F分别是AC、B1C的中点,
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解法二:(Ⅰ)以点C为坐标原点建立如图所示的空间直角坐标系,则C(0,0,0).
D(1,0,0),B(0,1,0),A1(1,1,1),C1(0,0,1),D1(1,0,1)
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(Ⅱ)同(I)可证,BD1⊥平面AB1C.
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