十年高考真题分类汇编(2010-2019) 数学 专题20 空间向量 含解析 下载本文

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由图可得二面角B-CD-C1为钝角,∴二面角B-CD-C1的余弦值为-(3)证明平面BCD的法向量为n=(2,-1,-4), ∵G(0,2,1),F(0,0,2),

.

∴=(0,-2,1), =-2,∴n与

不垂直,

∴n·

∴FG与平面BCD不平行且不在平面BCD内, ∴FG与平面BCD相交.

13.(2018·天津·理T17)如图,AD∥BC且AD=2BC,AD⊥CD,EG∥AD且EG=AD,CD∥FG且CD=2FG,DG⊥平面ABCD,DA=DC=DG=2.

(1)若M为CF的中点,N为EG的中点,求证:MN∥平面CDE; (2)求二面角E-BC-F的正弦值;

(3)若点P在线段DG上,且直线BP与平面ADGE所成的角为60°,求线段DP的长.

【解析】依题意,可以建立以D为原点,分别以系

(

的方向为x轴、y轴、z轴的正方向的空间直角坐标

),

D(0,0,0),A(2,0,0),B(1,2,0),C(0,2,0),E(2,0,2),F(0,1,2),G(0,0,2),M0,,1,N(1,0,2).

(1)证明:依题意

=(0,2,0),=(2,0,2).

设n0=(x,y,z)为平面CDE的法向量,

不妨令z=-1,可得n0=(1,0,-1).又,可得·n0=0.

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(2)依题意,可得

=(-1,0,0),=(1,-2,2),=(0,-1,2).设n=(x,y,z)为平面BCE的法向量,则

不妨令z=1,可得n=(0,1,1).设m=(x,y,z)为平面BCF的法向量,

不妨令z=1,可得m=(0,2,1).

因此有cos=,于是sin=.所以,二面角E-BC-F的正弦值为.

=(0,2,0)为平面

(3)设线段DP的长为h(h∈[0,2]),则点P的坐标为(0,0,h),可得=(-1,-2,h).易知,

ADGE的一个法向量,故|cos<>|=.由题意,可得=sin 60°=,解得h=∈[0,2].所以,线段DP的长为.

14.(2018·全国1·理T18)如图,四边形ABCD为正方形,E,F分别为AD,BC的中点,以DF为折痕把△DFC折起,使点C到达点P的位置,且PF⊥BF. (1)证明:平面PEF⊥平面ABFD; (2)求DP与平面ABFD所成角的正弦值.

【解析】(1)由已知可得,BF⊥PF,BF⊥EF, 所以BF⊥平面PEF.

又BF?平面ABFD,所以平面PEF⊥平面ABFD. (2)作PH⊥EF,垂足为H.

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由(1)得,PH⊥平面ABFD. 以H为坐标原点,

的方向为y轴正方向,||为单位长,建立如图所示的空间直角坐标系H-xyz. 由(1)可得,DE⊥PE.又DP=2,DE=1,所以PE=.又PF=1,EF=2,故

PE⊥PF.

可得PH=,EH=.

则H(0,0,0),P,D为平面ABFD的法向量.

设DP与平面ABFD所成角为θ,

则sin θ=.

所以DP与平面ABFD所成角的正弦值为.

15.(2018·全国2·理T20)如图,在三棱锥P-ABC中,AB=BC=2,PA=PB=PC=AC=4,O为AC的中点.

(1)证明:PO⊥平面ABC;

(2)若点M在棱BC上,且二面角M-PA-C为30°,求PC与平面PAM所成角的正弦值.

【解析】(1)因为AP=CP=AC=4,O为AC的中点, 所以OP⊥AC,且OP=2

.

连接OB,因为AB=BC=AC,所以△ABC为等腰直角三角形,且OB⊥AC,OB=AC=2. 由OP2+OB2=PB2知PO⊥OB.

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由OP⊥OB,OP⊥AC知PO⊥平面ABC. (2)如图,以O为坐标原点,

的方向为x轴正方向,建立空间直角坐标系O-xyz.

),

由已知得O(0,0,0),B(2,0,0),A(0,-2,0),C(0,2,0),P(0,0,2=(0,2,2). 取平面PAC的法向量

=(2,0,0),

·n=0,

·n=0得

可取n=((a-4),a,-a),

所以cos<,n>=.

由已知可得|cos<,n>|=.

所以,

解得a=-4(舍去),a=.

所以n=.

又=(0,2,-2),所以cos<,n>=.

所以PC与平面PAM所成角的正弦值为.

16.(2018·浙江·T9)如图,已知多面体ABC=120°,A1A=4,C1C=1,AB=BC=B1B=2.

(1)证明:AB1⊥平面A1B1C1;

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ABCA1B1C1,A1A,B1B,C1C均垂直于平面ABC,∠

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