如图,在三棱锥P-ABC中,PA⊥平面ABC,PA=AB=BC=1,PC=√3.
(1)求证:BC⊥平面PAB;
(2)求二面角A-PC-B的大小.
(1)∵PA⊥平面ABC,BC⊂平面ABC,
∴PA⊥BC,同理PA⊥AB,
∴△PAB为直角三角形,
又∵PB=√2,BC=1,PC=√3,
∴PB²+BC²=PC²,
∴△PBC为直角三解形,BC⊥PB,
又∵BC⊥PA,PA∩PB=P,
∴BC⊥平面PAB.
(2)由(1)知,BC⊥AB,以A为原点,AB为x轴,AP为z轴,建立空间直角坐标系,如图:
则A(0,0,0),P(0,0,1),C(1,1,0),B(1,0,0),
∴(AP)⇀=(0,0,1),(AC)⇀=(1,1,0),(BC)⇀=(0,1,0),(PC)⇀=(1,1,-1),
设平面PAC的法向量为m⇀=(x1,y1,z1),
则,即,
令x1=1,则y1=-1,所以m⇀=(1,-1,0),
设平面PBC的法向量为n⇀=(x2,y2,z2),
则,即,
令x2=1,则z2=1,所以n⇀=(1,0,1),
∴cos〈m⇀∙n⇀ 〉=(m⇀∙n⇀)/(|m⇀ ||n⇀|)=1/(√2×√2)=1/2,
又∵二面角A-PC-B为锐角,
∴二面角A-PC-B的大小为π/3.
坡屋顶是我国传统建筑造型之一,蕴含着丰富的数学元素,安装灯带可以勾勒出建筑轮廓,展现造型之美.如图,某坡屋顶可视为一个五面体,其中两个面是全等的等腰梯形,两个面是全等的等腰三角形,若AB=25m,BC=AD=10m,且等腰梯形所在的平面、等腰三角形所在的平面与平面ABCD的夹角的正切值均为√14/5,则该五面体的所有棱长之和为【 】
A、102m
B、112m
C、117m
D、125m
如图,过E做EO⊥平面ABCD,垂足为O,过E分别做EG⊥BC,EM⊥AB,垂足分别为G,M,连接OG,OM.
由题意得,等腰梯形所在的面、等腰三角形所在的面与底面的夹角分别为∠EMO,∠EGO,
则tan∠EMO=tan∠EGO=√14/5.
∵EO⊥平面ABCD,BC⊂平面ABCD,
∴EO⊥BC.
∵EG⊥BC,EO,EG⊂平面EOG,EO∩EG=E,
∴BC⊥平面EOG,
∵OG⊂平面EOG,
∴BC⊥OG.
同理,OM⊥BM,
又BM⊥BG,
∴四边形OMBG是矩形,
所以由BC=10得OM=5,
∴EO=√14,OG=5,
在直角三角形EOG中,EG===√39,
在直角三角形EBG中,BG=OM=5,EB===8,
又因为EF=AB-5-5=15,
所以,该五面体所有棱长之和为2×25+2×10+15+4×8=117m.
如图,三棱锥A-BCD中,DA=DB=DC,BD⊥CD,∠ADB=∠ADC=60°,E为BC的中点.
(1)证明:BC⊥AD;
(2)点F满足(EF)→=(DA)→,求二面角D-AB-F的正弦值.
(1)连接AE,DE,因为E为BC的中点,且DB=DC,∴DE⊥BC①,
∵DA=DB=DC,∠ADB=∠ADC=60°,
∴△ACD与△ABD均为等边三角形,
∴AC=AB,从而AE⊥BC②,
由①②,AE∩DE=E,AE,DE⊂平面ADE,
∴BC⊥平面ADE,
∵AD⊂平面ADE,
∴BC⊥AD.
(2)不妨设DA=DB=DC=2,
∵BD⊥CD,
∴BC=2√2,DE=AE=√2.
∴AE²+DE²=AD²=4,
∴AE⊥DE,
又∵AE⊥BC,DE∩BC=E,DE,BC⊂平面BCD,
∴AE⊥平面BCD.
以点E为原点,ED,EB,EA所在直线分别为x,y,z轴,建立空间直角坐标系,
则A(0,0,√2),B(0,√2,0),D(√2,0,0),E(0,0,0),
设平面ABD与平面ABF的一个法向量分别为(n1 ) →=(x1,y1,z1 ),(n2 ) →=(x2,y2,z2),
二面角D-AB-F的平面角为θ,
∵(EF) →=(DA) →=(-√2,0,√2),
∴F(-√2,0,√2),
即有(AF) →=(-√2,0,0).
∴,取x1=1,则(n1 ) →=(1,1,1);
,取y2=1,则(n2 ) →=(0,1,1),
∴cosθ=(|(n1 ) →∙(n2 ) →|)/(|(n1 ) → ||(n2 ) →|)=2/(√3×√2)=√6/3,
∴sinθ=√(1-6/9)=√3/3,即二面角D-AF-F的正弦值为√3/3.
如图,在正四棱柱ABCD-A1 B1 C1 D1中,AB=2,AA1=4,点A2,B2,C2,D2分别在棱AA1,BB1,CC1,DD1上,AA2=1,BB2=DD2=2,CC2=3.
(1)证明:B2 C2//A2 D2;
(2)点P在棱BB1上,当二面角P-A2 C2-D2为150°时,求B2 P.
(1)方法一:在正四棱柱ABCD-A1 B1 C1 D1中,面BCC1 B1//面ADD1 A1,
∴B2 C2//面ADD1 A1,
又∵B2 C2⊂面A2 B2 C2 D2,面A2 B2 C2 D2∩面ADD1 A1=A2 D2,
∴B2 C2//A2 D2.
方法二:如图,以C为原点建立空间坐标系,CD为x轴,CB为y轴,CC1为z轴,
则:A2 (2,2,1),B2 (0,2,2),C2 (0,0,3),D2 (2,0,2),
∴(B2 C2 )➝=(0,-2,1),(A2 D2 )➝=(0,-2,1)
∴(B2 C2 )➝=(A2 D2 )➝
∴B2 C2//A2 D2.
(2)设面A2 C2 D2的法向量(n1 )➝=(x1,y1,z1)
∵(D2 C2 )➝=(-2,0,1),(D2 A2 )➝=(0,2,-1),
∴,
解得(n1 )➝=(1,1,2).
设P(0,2,m),
设面A2 C2 P的法向量(n2 )➝=(x2,y2,z2)
∵(C2 P)➝=(0,2,m-3),(A2 P)➝=(-2,0,m-1),
∴,
解得(n2 )➝=(m-1,3-m,2).
根据已知条件,二面角P-A2 C2-D2为150°,
∴|cos<(n1 )➝,(n2 )➝>|=|(n1 )➝⋅(n2 )➝ |/(|(n1 )➝ |⋅|(n2 )➝ | )=|cos150°|=√3/2,
∴(|m-1+3-m+4|)/(√6∙√((m-1)²+(3-m)²+4))=√3/2,
化简得:m²-4m+3=0,
解得:m=1或m=3.
∴|B2 P|=1.
过一定点作一直线 AB 平行于一定平面 P,且与另一定平面 Q 所成之角等于定角 θ.