2015-2016学年高中数学 第3章 空间向量与立体几何 22《用向量方法求空间中的角课时作业 新人教A版选修2-1.doc
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课时作业(二十二) 用向量方法求空间中的角
A组 基础巩固
1.如图,在空间直角坐标系中有直三棱柱ABC-A1B1C1,CA=CC1=2CB,BC1与直线AB1夹角的余弦值为( )
A. B.
C. D.
解析:设CB=1,则A(2,0,0),B1(0,2,1),C1(0,2,0),B(0,0,1),=(0,2,-1),=(-2,2,1).
cos〈,〉===.
答案:A
2.在正方体ABCD-A1B1C1D1中,E是C1C的中点,则直线BE与平面B1BD所成的角的正弦值为( )
A.- B.
C.- D.
解析:建立如图空间直角坐标系,设正方体的棱长为2,则D(0,0,0),B(2,2,0),B1(2,2,2),E(0,2,1).
=(-2,-2,0),=(0,0,2),=(-2,0,1).
设平面B1BD的法向量为n=(x,y,z).
n⊥,n,
∴
令y=1,则n=(-1,1,0).
cos〈n,〉==,
设直线BE与平面B1BD所成角为θ,
则sinθ=|cos〈n,〉|=.
答案:B
3.在长方体ABCD-A1B1C1D1中,AB=2,BC=2,DD1=3,则AC与BD1所成角的余弦值为( )
A.0 B.
C.- D.
解析:建立如图坐标系,则D1(0,0,3),B(2,2,0),A(2,0,0),C(0,2,0),
=(-2,-2,3),=(-2,2,0).
cos〈,〉==0.
〈,〉=90°,其余弦值为0.
答案:A
4.正方形ABCD所在平面外有一点P,PA平面ABCD.若PA=AB,则平面PAB与平面PCD所成的二面角的大小为( )
A.30° B.45°
C.60° D.90°
解析:建系如图,设AB=1,则A(0,0,0),B(0,1,0),P(0,0,1),D(1,0,0),C(1,1,0).
平面PAB的法向量为n1=(1,0,0).设平面PCD的法向量n2=(x,y,z),
则得
令x=1,则z=1.
n2=(1,0,1),cos〈n1,n2〉==.
平面PAB与平面PCD所成的二面角的余弦值为.此角的大小为45°.
答案:B
5.在长方体ABCD-A1B1C1D1中,B1C和C1D与底面所成角分别为60°和45°,则异面直线B1C和C1D所成角的余弦值为( )
A. B.
C. D.
解析:建立如图的空间直角坐标系,
可知CB1C1=60°,DC1D1=45°,
设B1C1=1,CC1==DD1.
C1D1=,则有B1(,0,0),C(,1,),C1(,1,0),D(0,1,).
=(0,1,),=(-,0,).
cos〈,〉===.
答案:A
6.已知直角ABC中,C=90°,B=30°,AB=4,D为AB的中点,沿中线将ACD折起使得AB=,则二面角A-CD-B的大小为( )
A.60° B.90°
C.120° D.150°
解析:取CD中点E,在平面BCD内过B点作BFCD,交CD延长线于F.
据题意知AECD,AE=BF=,EF=2,AB=.
且〈,〉为二面角的平面角,
由=(++)2得
13=3+3+4+2×3×cos〈,〉,
cos〈,〉=-.
〈,〉=120°.
即所求的二面角为120°.
答案:C
7.直线l的方向向量a=(-2,3,2),平面α的一个法向量n=(4,0,1),则直线l与平面α所成角的正弦值为__________.
解析:设直线l与平面α所成的角是θ,a,n所成的角为β,
sinθ=|cosβ|==.
答案:
8.在正方体ABCD-A1B1C1D1中,M,N分别是棱AA1和BB1的中点,则sin〈,〉=________.
解析:建立如图坐标系,设正方体棱长为2.
可知=(2,-2,1),=(2,2,-1).
cos〈,〉=-.
∴sin〈,〉=.
答案:
9.如图正方体ABCD-A1B1C1D1的棱长为1,O是平面A1B1C1D1的中心,则BO与平面ABC1D1所成角的正弦值为________.
解析:建立坐标系如图,
则B(1,1,0),O,
=(1,0,1)是平面ABC1D1的一个法向量.
又=,
BO与平面ABC1D1所成角的正弦值为==.
答案:
10.如图,在空间直角坐标系中,BC=2,原点O是BC的中点,点A的坐标是,点D在平面yOz上,且BDC=90°,DCB=30°.
(1)求向量的坐标;
(2)设向量和的夹角为θ,求cosθ的值.
解:(1)过D作DEBC,垂足为E,
在RtBDC中,由BDC=90°,DCB=30°,BC=2,得BD=1,CD=,
DE=CD·sin30°=.
OE=OB-BE=OB-BD·cos60°=1-=.
D
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