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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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