1、第三章3.2第三课时一、选择题1在正方体ABCDA1B1C1D1中,点E1,F1分别是线段A1B1,A1C1的中点,则直线BE1与AF1所成角的余弦值是(A)ABCD解析 以DA,DC,DD1所在的直线分别为x轴,y轴,z轴建立空间直角坐标系,则B(1,1,0),E1,故.又A(1,0,0),F1,故,故cos ,即为两异面直线所成角的余弦值2若直线l的方向向量与平面的法向量的夹角等于120,则直线l与平面所成的角等于(C)A120B60C30D以上均错解析 设直线l与平面所成的角为,则sin |cos 120|,又090,30.3(2018天津一中月考)若两个平面的法向量分别为(4,3,0)
2、和(0,3,4),则这两个平面的二面角的余弦值为(D)ABCD或解析 ,二面角的余弦值为或.4在矩形ABCD中,AB1,BC,PA平面ABCD,PA1,则PC与平面ABCD所成角是(A)A30B45C60D90解析 建立如图所示的空间直角坐标系,则P(0,0,1),C(1,0),(1,1),平面ABCD的一个法向量为n(0,0,1),cos,n,n120,斜线PC与平面ABCD的法向量所在直线所成角为60,斜线PC与平面ABCD所成角为30.5已知直角ABC中,C90,B30,AB4,D为AB的中点,沿中线将ACD折起使得AB,则二面角ACDB的大小为(C)A60B90C120D150解析 取
3、CD中点E,在平面BCD内过点B作BFCD,交CD的延长线于F.依题意知,AECD,AEBF,EF2,AB.且,为二面角的平面角,由()2得1333423cos,cos,120.即所求的二面角为120.6(2018河南焦作一中月考)在平面直角坐标系中,已知A(2,3),B(2,3),沿x轴把直角坐标系折成平面角为的二面角AOxB,使AOB90,则cos 为(C)ABCD解析 过A,B分别作x轴垂线,垂足分别为A,B.则AA3,BB3,AB4,OAOB,折后,AOB90,AB.由,得|2|2|2|22|cos(),269429233cos(),cos .二、填空题7正方体ABCDA1B1C1D1
4、中,E,F分别为AB,CC1的中点,则异面直线EF与A1C1夹角的大小是_30_.解析 建立如图所示的空间直角坐标系,设正方体棱长为2,则E(0,1,2),F(2,2,1),A1(0,0,0),C1(2,2,0),(2,1,1),(2,2,0),cos,30.异面直线EF与A1C1夹角的大小为30.8在正方体ABCDA1B1C1D1中,直线BC1与平面A1BD所成角的余弦值是_.解析 建立如图的空间直角坐标系,设正方体的棱长为1,则B(1,1,0),C1(0,1,1),A1(1,0,1),D(0,0,0),(1,0,1),(1,0,1),(1,1,0)设平面A1BD的一个法向量为n(1,x,y
5、),平面A1BD与BC1所成的角为.由n,n,有解得n(1,1,1),则cos,n,sin ,cos .9(2018安徽合肥调研)已知三棱锥SABC中,底面ABC为边长等于2的等边三角形,SA垂直于底面ABC,SA3,那么直线AB与平面SBC所成角的正弦值为_.解析 建立如图的空间直角坐标系,则S(0,0,3),A(0,0,0),B(,1,0),C(0,2,0)(,1,0),(,1,3),(0,2,3)设平面SBC的法向量为n(x,y,z),则令y3,则z2,x,n(,3,2)设AB与平面SBC所成的角为,则sin .三、解答题10(2018北京丰台一模)在直三棱柱ABCA1B1C1中,ACB
6、90,AC2BC,A1BB1C,求B1C与侧面A1ABB1所成角的正弦值解析 如图,建立空间直角坐标系Cxyz.设BC1,CC1a,则A(2,0,0),A1(2,0,a),B(0,1,0),B1(0,1,a),(2,1,a),(0,1,a),(2,1,0),(0,0,a)A1BB1C,0,a1,(0,1,1)设平面A1ABB1的法向量为n(x,y,z),由得即设x1,则有y2,可取n(1,2,0)设B1C与侧面A1ABB1所成角为,sin |cos,n|.则B1C与侧面A1ABB1所成角的正弦值为.11已知正方形ABCD的边长为1,PD平面ABCD,且PD1,E,F分别为AB,BC的中点(1)
7、求点D到平面PEF的距离;(2)求直线AC到平面PEF的距离解析 (1)以D为坐标原点,DA,DC,DP所在的直线分别为x轴、y轴、z轴建立空间直角坐标系,如图所示则D(0,0,0),P(0,0,1),E,F,所以,设平面PEF的法向量为n(x,y,z),则所以令x2,则y2,z3,所以n(2,2,3)为平面PEF的一个法向量,所以点D到平面PEF的距离为.(2)由(1)知A(1,0,0),所以.因为AC平面PEF,所以点A到平面PEF的距离为,所以直线AC到平面PEF的距离为.12(2018福建师大附中)如图,三棱柱ABCA1B1C1的底面是边长为2的正三角形,且侧棱AA1底面ABC,侧棱长
8、是 ,D是AC的中点(1)求证:B1C平面A1BD;(2)求二面角A1BDA的大小;(3)求直线AB1与平面A1BD所成角的正弦值解析 方法一(1)证明:如图,设A1B与AB1相交于点P,连接PD,则P为AB1的中点又D为AC的中点,PDCB1.又PD平面A1BD,CB1平面A1BD,B1C平面A1BD.(2)三棱柱ABCA1B1C1中,AA1底面ABC,AA1BD.又BDAC,BD平面AA1D,A1DBD,A1DA是二面角A1BDA的平面角AA1,ADAC1,tanA1DA,A1DA60,即二面角A1BDA的大小是60.(3)作AMA1D于点M,由(2)知BD平面AA1D,BDAM.又A1D
9、BDD,AM平面A1DB.连接MP,则APM就是直线AB1与平面A1BD所成的角在RtA1AD中,AA1,AD1,A1DA60,AM.又APAB1,sinAPM,直线AB1与平面A1BD所成角的正弦值为.方法二(1)同方法一(2)如图,以D为坐标原点,建立空间直角坐标系,则D(0,0,0),A(1,0,0),A1(1,0,),B(0,0),B1(0,),(1,),(1,0,)设平面A1BD的法向量为n(x,y,z),则即取n(,0,1),由题意,知(0,0,)是平面ABD的一个法向量cosn,即二面角A1BDA的大小是60.(3)由(2)得(1,),又n(,0,1)为平面A1BD的一个法向量,则cos,n.直线AB1与平面A1BD所成角的正弦值为.