30.(朝阳·理·题17)
如图,在三棱柱中,每个侧面均为正方形,为底边的中点,为侧棱的中点.
⑴求证:平面;
⑵求证:平面;
⑶求直线与平面所成角的正弦值.
[解析] ⑴设和的交点为,连接,连接,
因为为的中点,为的中点,
所以,且 又是中点,
则 且,
所以且.
所以四边形为平行四边形,
所以.
又平面,平面,
则平面……………………5分
⑵因为三棱柱各侧面都是正方形,
所以,
所以平面.
因为平面,所以.
由已知得,
所以.
所以平面
由⑴可知,
所以平面.
所以.
因为侧面是正方形,所以.
又平面,
平面.
所以平面.
⑶取中点,连接.
在三棱柱中,
因为平面
所以侧面底面.
因为底面是正三角形,且是中点,
所以,所以侧面.
所以是在平面上的射影,
所以是与平面所成角.
. ………………14分
解法二:如图所示,建立空间直角坐标系.
设边长为2,可求得,
.
⑴易知,,
,所以,所以.
又,则平面…………5分
⑵易得,
所以.
所以.
又因为平面.
所以平面.………………10分
⑶设侧面的法向量为.
因为.
所以.
由得解得.
不妨令,设直线与平面所成角为,
所以.
所以直线与平面所成角的正弦值为.
29.(崇文·文·题17)
三棱柱中,侧棱与底面垂直,,, 分别是,的中点.
⑴求证:平面;
⑵求证:平面;
⑶求三棱锥的体积.
[解析] ⑴连结,,
∵是,的中点
∴.
又∵平面,
∴平面.
⑵∵三棱柱中,侧棱与底面垂直,
∴四边形是正方形.
∴.
∴.
连结,.
∴,又中的中点,
∴.
∵与相交于点,
∴平面.
⑶由⑵知是三棱锥的高.
在直角中,,
∴.
又.
.
28.(崇文·理·题17)
三棱柱中,侧棱与底面垂直,,, 分别是,的中点.
⑴求证:平面;
⑵求证:平面;
⑶求二面角的余弦值.
[解析] ⑴连结,.在中,
∵是,的中点,∴.
又∵平面,
∴平面. --------------------4分
⑵如图,以为原点建立空间直角坐标系.
则,,,,
,,.
设平面的法向量为.
令,则,∴ .∴.
∴平面. --------------------9分
⑶设平面的法向量为,.
令,则
∴.
∴.
所求二面角的余弦值为.
27.(宣武·文·题16)
如图,在四棱锥中,平面,底面为直角梯形,,,分别为棱的中点.
⑴求证:;
⑵求证:平面.
[解析] ⑴∵平面,平面
∴
∵
∴
∴平面
又是中点,
∴平面
∴.
⑵证明:取中点,连结,,
∵为中点,∴.
∵平面,平面, [
∴平面;
同理,平面.
∵,
∴平面平面.
∴平面.
26.(宣武·理·题16)
如图,在四棱锥中,平面,底面为直角梯形,,.为中点,为中点.
⑴求证:;
⑵求二面角的余弦值;
⑶若四棱锥的体积为,求的长.
[解析] ⑴∵平面,平面
∴
∵
∴
∴平面
又是中点,
∴平面
∴.
⑵建立直角坐标系,设
则
∴
由⑴知,平面,
∴是平面的法向量.
设平面的法向量为,
则且,
∴.
∴,
二面角的余弦值为.
⑶连结,设,
,∴.
∵是直角三角形,
∴.
25.(东城·文·题17)
三棱柱中,平面,是边长为的等边三角形,为边中点,且.
⑴求证:平面平面;
⑵求证:平面;
⑶求三棱锥的体积.
[解析] ⑴因为平面,又平面,
所以平面平面.
⑵证明:连结交于,连结,则是的中点,是的中位线.
所以.
因为平面,所以平面;
⑶因为平面,所以平面,所以为三棱锥的高.
.
所以三棱锥的体积为.
24.(东城·理·题17)
如图所示,在边长为的正方形中,点在线段上,且,,作,分别交,于点,,作,分别交,于点,,将该正方形沿,折叠,使得与重合,构成如图所示的三棱柱.
⑴求证:平面;
⑵求四棱锥的体积;
⑶求平面与平面所成锐二面角的余弦值.
[解析] ⑴在正方形中,因为,
所以三棱柱的底面三角形的边.
因为,,
所以,所以.
因为四边形为正方形,,
所以,而,
所以平面.
⑵因为平面,所以为四棱锥的高.
因为四边形为直角梯形,且,,
所以梯形的面积为.
所以四棱锥的体积.
⑶由⑴、⑵可知,,,两两互相垂直.以为原点,建立如图所示的空间直角坐标系,
则,,,,,
所以,,
设平面的一个法向量为.
则,即.
令,则.所以.
显然平面的一个法向量为.
设平面与平面所成锐二面角为,
则.
所以平面与平面所成锐二面角的余弦值为.
23.(西城·文·题17)
如图,在三棱锥中,平面,,为侧棱上一点,
它的正(主)视图和侧(左)视图如图所示.
⑴证明:平面;
⑵求三棱锥的体积;
⑶在的平分线上确定一点,使得平面,并求此时的长.
[解析] ⑴因为平面,所以,
又,所以平面,所以.
由三视图可得,在中,,为中点,所以,
所以平面,
⑵由三视图可得,
由⑴知,平面,
又三棱锥的体积即为三棱锥的体积,
所以,所求三棱锥的体积.
⑶取的中点,连接并延长至,使得,点即为所求.
因为为中点,所以,
因为平面,平面,所以平面,
连接,,四边形的对角线互相平分,
所以为平行四边形,所以,又平面,
所以在直角中,.
22.(西城·理·题17)
在四棱锥中,侧面底面,,为中点,底面是直角梯形,,=90°,,.
⑴求证:平面;
⑵求证:平面;
⑶设为侧棱上一点,,试确定的值,使得二面角为45°.
[解析] ⑴取的中点,连结,
因为为中点,所以,且
在梯形中,,,
所以,,四边形为平行四边形,
所以,
平面,平面,
所以平面.
⑵平面底面,,所以平面,所以.
如图,以为原点建立空间直角坐标系.
则,,,.
.
所以.
又由平面,可得,
所以平面.
⑶平面的法向量为,,
所以,
设平面的法向量为,
由,,得,
所以,
所以,
注意到,得.
21.(石景山·文·题17)
如图,已知直三棱柱,,,.、分别是棱、中点.
⑴求证:;
⑵求四棱锥的体积;
⑶判断直线和平面的位置关系,并加以证明.
[解析] ⑴∵三棱柱是直棱柱,
∴平面.
又∵平面,
∴.
⑵解:∵三棱柱是直棱柱,
∴平面.
又∵平面,
∴ .
∵,
∴.
∵,
∴平面.
∴.
∵是棱的中点,
∴.
∴.
∴.
⑶解:平面.证明如下:
取的中点,联结,.
∵、分别是棱、中点,
∴,.
又∵,,
∴,.
∴四边形是平行四边形,
∴∥.
又∵平面,平面,
∴平面.
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