内容正文:
第七章 立体几何
第六节 空间向量在立体几何中的应用
第二课时 空间角及空间距离
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课时作业(四十九)
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第七章 立体几何
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直线与平面所成的角 讲练融通
(2022·全国乙卷)如图,四面体ABCD中,AD⊥CD,AD=CD,∠ADB=∠BDC,E为AC的中点.
(1)证明:平面BED⊥平面ACD;
(2)设AB=BD=2,∠ACB=60°,点F在BD上,当△AFC的面积最小时,求CF与平面ABD所成的角的正弦值.
(1)证明:略
(2)解:连接EF,由(1)知,AC⊥平面BED,因为EF⊂平面BED,
所以AC⊥EF,所以S△AFC= eq \f(1,2) AC·EF,
当EF⊥BD时,EF最小,即△AFC的面积最小.
因为△ABD≌△CBD,所以CB=AB=2,
又因为∠ACB=60°,所以△ABC是等边三角形,
因为E为AC的中点,所以AE=EC=1,BE= eq \r(3) ,
因为AD⊥CD,所以DE= eq \f(1,2) AC=1,
在△DEB中,DE2+BE2=BD2,所以BE⊥DE.
以E为坐标原点建立如图所示的空间直角坐标系E-xyz,
则A(1,0,0),B(0, eq \r(3) ,0),D(0,0,1),所以 eq \o(AD,\s\up16(→)) =(-1,0,1), eq \o(AB,\s\up16(→)) =(-1, eq \r(3) ,0),
设平面ABD的一个法向量为n=(x,y,z),
则 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(n·\o(AD,\s\up16(→))=-x+z=0,n·\o(AB,\s\up16(→))=-x+\r(3)y=0)) ,取y= eq \r(3) ,则n=(3, eq \r(3) ,3),
又因为C(-1,0,0),F eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(\r(3),4),\f(3,4))) ,所以 eq \o(CF,\s\up16(→)) = eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1,\f(\r(3),4),\f(3,4))) ,
所以cos 〈n, eq \o(CF,\s\up16(→)) 〉= eq \f(n·\o(CF,\s\up16(→)),|n||\o(CF,\s\up16(→))|) = eq \f(6,\r(21)×\