《高中數(shù)學(xué) 課時(shí)分層作業(yè)20 空間向量與空間角 新人教A版選修21》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《高中數(shù)學(xué) 課時(shí)分層作業(yè)20 空間向量與空間角 新人教A版選修21(10頁(yè)珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、
課時(shí)分層作業(yè)(二十) 空間向量與空間角
(建議用時(shí):40分鐘)
[基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)練]
一、選擇題
1.若異面直線l1的方向向量與l2的方向向量的夾角為150°,則l1與l2所成的角為( )
A.30° B.150°
C.30°或150° D.以上均不對(duì)
A [l1與l2所成的角與其方向向量的夾角相等或互補(bǔ),且異面直線所成角的范圍為.應(yīng)選A.]
2.已知二面角αlβ的兩個(gè)半平面α與β的法向量分別為a,b,若〈a,b〉=,則二面角αlβ的大小為( )
A. B.
2、C.或 D.或
C [由于二面角的范圍是[0,π],而二面角的兩個(gè)半平面α與β的法向量都有兩個(gè)方向,因此二面角αlβ的大小為或,故選C.]
3.如圖3227,空間正方體ABCDA1B1C1D1中,M,N分別是CD,CC1的中點(diǎn),則異面直線A1M與DN所成角的大小是( )
圖3227
A. B. C. D.
D [以D為原點(diǎn),DA,DC,DD1所在直線為坐標(biāo)軸建系(圖略),則=,=,
cos〈,〉==0.
∴〈,〉=.]
4.已知在正四面體ABCD中,E為棱AD的中點(diǎn),則
3、CE與平面BCD的夾角的正弦值為( )
【導(dǎo)學(xué)號(hào):46342179】
A. B. C. D.
B [作AO⊥平面BCD于點(diǎn)O,則O是△BCD的中心,以O(shè)為坐標(biāo)原點(diǎn),直線OD為y軸,直線OA為z軸建立空間直角坐標(biāo)系,如圖所示.設(shè)AB=2,則O(0,0,0),A,C,E,∴=,=,∴cos〈,〉===.∴CE與平面BCD的夾角的正弦值為.]
5.如圖3228所示,已知四棱錐PABCD中,底面ABCD是菱形,且PA⊥平面ABCD,PA=AD=AC,點(diǎn)F為PC的中點(diǎn),則二面角CBFD的正切值為( )
圖3
4、173;228
A. B. C. D.
D [如圖所示,設(shè)AC與BD交于點(diǎn)O,連接OF.以O(shè)為坐標(biāo)原點(diǎn),OB,OC,OF所在直線分別為x,y,z軸建立空間直角坐標(biāo)系Oxyz.
設(shè)PA=AD=AC=1,則BD=,所以O(shè)(0,0,0),B,F(xiàn),C,=,易知為平面BDF的一個(gè)法向量,由=,=,可得平面BCF的一個(gè)法向量為n=(1,,).所以cos〈n,〉=,sin〈n,〉=,所以tan〈n,〉=.故二面角CBFD的正切值為.]
二、填空題
6.若直線l的方向向量a=(-2,3,1),平面α的一個(gè)法向量n=(4,0,1),則直線l與平面α所成角的
5、正弦值為_(kāi)_______.
[由題意,得直線l與平面α所成角的正弦值為==.]
7.已知點(diǎn)E,F(xiàn)分別在正方體ABCDA1B1C1D1的棱BB1,CC1上,且B1E=2EB,CF=2FC1,則平面AEF與平面ABC所成的二面角的正切值等于________.
[如圖,建立空間直角坐標(biāo)系.
設(shè)正方體的棱長(zhǎng)為1,平面ABC的法向量為n1=(0,0,1),平面AEF的法向量為n2=(x,y,z).
所以A(1,0,0),E,F(xiàn),
所以=,=,
則即
取x=1,則y=-1,z=3.故n2=(1,-1,3).
所以cos〈n1,n2〉==.
所以平面AEF與平面ABC所成
6、的二面角的平面角α滿足cos α=,sin α=,所以tan α=.]
8.如圖3229,正三角形ABC與正三角形BCD所在的平面互相垂直,則直線CD與平面ABD所成角的正弦值為_(kāi)_______.
【導(dǎo)學(xué)號(hào):46342180】
圖3229
[取BC的中點(diǎn)O,連接AO,DO,建立如圖所示的空間直角坐標(biāo)系Oxyz.
設(shè)BC=1,則A,B,C,D,所以=,=,=.
設(shè)平面ABD的法向量為n=(x,y,z),則,所以,取x=1,則y=-,z=1,所以n=(1,-,1),所以cos〈n,〉=,因此直線CD與平面ABD所成角的正弦值為
7、.]
三、解答題
9.如圖3230,平面ABDE⊥平面ABC,△ABC是等腰直角三角形,AC=BC=4,四邊形ABDE是直角梯形,BD∥AE,BD⊥BA,BD=AE=2,O,M分別為CE,AB的中點(diǎn).
圖3230
(1)求異面直角AB與CE所成角的大??;
(2)求直線CD與平面ODM所成角的正弦值.
[解] (1)∵DB⊥BA,平面ABDE⊥平面ABC,平面ABDE∩平面ABC=AB,DB?平面ABDE,∴DB⊥平面ABC.
∵BD∥AE,∴EA⊥平面ABC.
如圖所示,以C為坐標(biāo)原點(diǎn),分別以CA,CB所在直線為x,y軸,以過(guò)
8、點(diǎn)C且與EA平行的直線為z軸,建立空間直角坐標(biāo)系.
∵AC=BC=4,∴C(0,0,0),A(4,0,0),B(0,4,0),E(4,0,4),
∴=(-4,4,0),=(4,0,4).
∴cos〈,〉==-,
∴異面直線AB與CE所成角的大小為.
(2)由(1)知O(2,0,2),D(0,4,2),M(2,2,0),
∴=(0,4,2),=(-2,4,0),=(-2,2,2).
設(shè)平面ODM的法向量為n=(x,y,z),
則由,可得,
令x=2,則y=1,z=1,∴n=(2,1,1).
設(shè)直線CD與平面ODM所成的角為θ,
則sin θ=|cos〈n,〉|==,
9、∴直線CD與平面ODM所成角的正弦值為.
10.如圖3231,在四棱錐PABCD中,底面ABCD為正方形,平面PAD⊥平面ABCD,點(diǎn)M在線段PB上,PD∥平面MAC,PA=PD=,AB=4.
圖3231
(1)求證:M為PB的中點(diǎn);
(2)求二面角BPDA的大?。?
(3)求直線MC與平面BDP所成角的正弦值.
【導(dǎo)學(xué)號(hào):46342181】
[解] (1)證明:設(shè)AC,BD交于點(diǎn)E,連接ME,
因?yàn)镻D∥平面MAC,平面MAC∩平面PDB=ME,
所以PD∥ME.
因?yàn)樗倪呅蜛BCD是
10、正方形,
所以E為BD的中點(diǎn),
所以M為PB的中點(diǎn).
①
(2)如圖②,取AD的中點(diǎn)O,連接OP,OE.
因?yàn)镻A=PD,所以O(shè)P⊥AD.
又因?yàn)槠矫鍼AD⊥平面ABCD,且OP?平面PAD,
所以O(shè)P⊥平面ABCD.
因?yàn)镺E?平面ABCD,所以O(shè)P⊥OE.
因?yàn)樗倪呅蜛BCD是正方形,所以O(shè)E⊥AD.
如圖②,建立空間直角坐標(biāo)系Oxyz,則P(0,0,),D(2,0,0),B(-2,4,0),=(4,-4,0),=(2,0,-).
②
設(shè)平面BDP的法向量為n=(x,y,z),
則即
令x=1,則y=1,z=.
于是n=(1,1,).
平
11、面PAD的法向量為p=(0,1,0),
所以cos〈n,p〉==.
由題意知二面角BPDA為銳角,所以它的大小為.
(3)由題意知M,C(2,4,0),=.
設(shè)直線MC與平面BDP所成角為α,則sin α=|cos〈n,〉|==,
所以直線MC與平面BDP所成角的正弦值為.
[能力提升練]
1.如圖3232,在三棱柱ABCA1B1C1中,側(cè)棱AA1⊥底面ABC,底面ABC是等腰直角三角形,∠ACB=90°,側(cè)棱AA1=2,D,E分別是CC1與A1B的中點(diǎn),點(diǎn)E在平面ABD上的射影是△ABD的重心G.則A1B與平
12、面ABD所成角的正弦值為( )
圖3232
A. B. C. D.
A [以C為坐標(biāo)原點(diǎn),CA所在的直線為x軸,CB所在的直線為y軸,CC1所在的直線為z軸建立空間直角坐標(biāo)系,如圖所示.
設(shè)CA=CB=a,則A(a,0,0),B(0,a,0),A1(a,0,2),D(0,0,1),∴E,G,=,=(0,-a,1).∵點(diǎn)E在平面ABD上的射影是△ABD的重心G,∴⊥平面ABD,∴·=0,解得a=2,∴=,=(2,-2,2),∵⊥平面ABD,∴為平面ABD的一個(gè)法向量.又cos〈,〉===,∴A1B與平面ABD所成角的正弦值為.]
13、
2.如圖3233,已知矩形ABCD與矩形ABEF全等,二面角DABE為直二面角,M為AB的中點(diǎn),F(xiàn)M與BD所成的角為θ,且cos θ=,則=( )
圖3233
A.1 B. C. D.
C [不妨設(shè)BC=1,AB=λ,則=λ.記=a,=b,=c,則=b-a,=c-b,根據(jù)題意,|a|=|c|=1,|b|=λ,a·b=b·c=c·a=0,∴·=-b2=-λ2,而||=,||=,
∴|cos〈,〉|===,得λ=.故選C.]
3.在空間中,已知平面α過(guò)(3,0,0
14、)和(0,4,0)及z軸上一點(diǎn)(0,0,a)(a>0),如果平面α與平面xOy的夾角為45°,則a=________.
[平面xOy的法向量為n=(0,0,1),設(shè)平面α的法向量為u=(x,y,z),則
即3x=4y=az,取z=1,則u=.
而cos〈n,u〉==,
又∵a>0,∴a=.]
4.如圖3234,四棱錐PABCD中,底面ABCD是矩形,PD⊥平面ABCD且PD=AD=1,AB=2,點(diǎn)E是線段AB上一點(diǎn),當(dāng)二面角PECD為時(shí),AE=________.
【導(dǎo)學(xué)號(hào):46342182】
圖3
15、73;234
2- [設(shè)AE=a(0≤a≤2),以點(diǎn)D為坐標(biāo)原點(diǎn),,,的方向分別為x,y,z軸的正方向建立空間直角坐標(biāo)系Dxyz(圖略),則D(0,0,0),E(1,a,0),C(0,2,0),P(0,0,1),則=(1,a,-1),=(0,2,-1),設(shè)平面PEC的法向量為m=(x,y,z),則,即,令y=1,可得x=2-a,z=2,則m=(2-a,1,2),易知平面DEC的一個(gè)法向量為=(0,0,1),則|cos〈m,〉|==,解得a=2-或2+(舍去),所以AE=2-.]
5.如圖3235,四面體ABCD中,△ABC是正三角形,△ACD是直角三角形
16、,∠ABD=∠CBD,AB=BD.
圖3235
(1)證明:平面ACD⊥平面ABC;
(2)過(guò)AC的平面交BD于點(diǎn)E,若平面AEC把四面體ABCD分成體積相等的兩部分,求二面角DAEC的余弦值.
[解] (1)證明:由題設(shè)可得△ABD≌△CBD,從而AD=CD.
又△ACD是直角三角形,
所以∠ADC=90°.
取AC的中點(diǎn)O,連接DO,BO,
則DO⊥AC,DO=AO.
又因?yàn)椤鰽BC是正三角形,故BO⊥AC,
所以∠DOB為二面角DACB的平面角.
在Rt△AOB中,BO2+AO
17、2=AB2,
又AB=BD,所以BO2+DO2=BO2+AO2=AB2=BD2,
故∠DOB=90°.
所以平面ACD⊥平面ABC.
(2)由題設(shè)及(1)知,OA,OB,OD兩兩垂直,
以O(shè)為坐標(biāo)原點(diǎn),的方向?yàn)閤軸正方向,||為單位長(zhǎng)度,
建立如圖所示的空間直角坐標(biāo)系Oxyz,
則A(1,0,0),B(0,,0),C(-1,0,0),D(0,0,1).
由題設(shè)知,四面體ABCE的體積為四面體ABCD的體積的,從而E到平面ABC的距離為D到平面ABC的距離的,
即E為DB的中點(diǎn),得E,
故=(-1,0,1),=(-2,0,0),=.
設(shè)n=(x,y,z)是平面DAE的法向量,
則即
可取n=.
設(shè)m是平面AEC的法向量,則
同理可取m=(0,-1,),
則cos〈n,m〉==.
所以二面角DAEC的余弦值為.
我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入新常態(tài),需要轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式,改變粗放式增長(zhǎng)模式,不斷優(yōu)化經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)健康可持續(xù)發(fā)展進(jìn)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展,推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化,推動(dòng)城鄉(xiāng)發(fā)展一體化因:我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展還面臨區(qū)域發(fā)展不平衡、城鎮(zhèn)化水平不高、城鄉(xiāng)發(fā)展不平衡不協(xié)調(diào)等現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)。