课时分层作业25 二面角及其度量

1、课时分层作业(二十五)二面角及其度量(建议用时：45分钟)基础达标练1已知平面内有一个以AB为直径的圆，PA，点C在圆周上(异于点A，B)，点D，E分别是点A在PC，PB上的射影，则()AADE是二面角A­PC­B的平面角BAED是二面角A­PB­C的平面角CDAE是二面角B­PA­C的平面角DACB是二面角A­PC­B的平面角B由二面角的定义及三垂线定理，知选B.2已知ABC和BCD均为边长为a的等边三角形，且ADa，则二面角A­BC­D的大小为()【导学号：33242311】A30°

2、; B45°C60° D90°C如图取BC的中点为E，连接AE、DE，由题意得AEBC，DEBC，且AEDEa，又ADa，AED60°，即二面角A­BC­D的大小为60°.3如图3­2­38所示，在正四棱锥P­ABCD中，若PAC的面积与正四棱锥的侧面面积之和的比为8，则侧面与底面所成的二面角为()图3­2­38A.BC.DD设正四棱锥的底面边长为a，侧面与底面所成的二面角为，高为h，斜高为h，则，sin ，即.4已知二面角­l­中，平面的一个法向量为n1

3、，平面的一个法向量为n2，则二面角­l­的大小为()【导学号：33242312】A120°B150°C30°或150°D60°或120°C设所求二面角的大小为，则|cos |，所以30°或150°.5如图3­2­39所示，P是二面角­AB­棱上的一点，分别在，平面内引射线PM，PN，如果BPMBPN45°，MPN60°，那么二面角­AB­的大小为()图3­2­39A60° B70

4、6; C80° D90°D不妨设PMa，PNb，作MEAB交AB于点E，NFAB交AB于点F(图略)，因为EPMFPN45°，故PE，PF，于是·()·()····abcos 60°a·cos 45°·bcos 45°·0.因为EM，FN分别是，内的两条与棱AB垂直的线段，所以EM与FN之间的夹角就是所求二面角的大小，所以二面角­AB­的大小为90°.6若二面角内一点到两个面的距离分别为5和8，两垂足间的距离为7，则

5、这个二面角的大小是_60°或120°设二面角大小为，由题意可知cos ，所以60°或120°.7若P是ABC所在平面外一点，且PBC和ABC都是边长为2的正三角形，PA，则二面角P­BC­A的大小为_90°取BC的中点O，连接PO，AO(图略)，则POA就是二面角P­BC­A的平面角又POAO，PA，所以POA90°.8在空间四面体O­ABC中，OBOC，AOBAOC，则cos，的值为_【导学号：33242313】0··()··|·|c

6、os|·|·cos|(|)0.cos·0.9如图3­2­40所示，在四棱柱ABCD­A1B1C1D1中，AA1平面ABCD，平面ABCD是一个直角梯形，ABAD，AB，CD为梯形的两腰，且ABADAA1a.图3­2­40(1)若截面ACD1的面积为S，求点D到平面ACD1的距离；(2)当为何值时，平面AB1C平面AB1D1?解(1)由VV，过C作CEAD，垂足为E.AA1平面ABCD，平面ABCD平面AA1D1D，CE平面AA1D1D，CEa是C到平面ADD1的距离，设点D到平面ACD1的距离为h，由Sh×

7、;a2×a，得h.(2)分别以A1B1，A1D1，A1A所在直线为x，y，z轴建立空间直角坐标系，如图所示则A1(0,0,0)，A(0,0，a)，B1(a,0,0)，设C(a，b，a)，且n1(x，y，z)是平面AB1C的法向量，(a,0，a)，(a，b,0)则n1·0，n1·0，即axaz0，axby0，得zx，yx，取x1，则y，z1，则n1为平面AB1C的一个法向量同理可得平面AB1D1的一个法向量为n2(1,1,1)若平面AB1C平面AB1D1，则n1·n20，2，即当2时，平面AB1C平面AB1D1.10如图3­2­41所示

8、，四棱锥P­ABCD中，侧面PAD为等边三角形且垂直于底面ABCD，ABBCAD，BADABC90°，E是PD的中点图3­2­41(1)证明：直线CE平面PAB；(2)点M在棱PC上，且直线BM与底面ABCD所成角为45°，求二面角M­AB­D的余弦值. 【导学号：33242314】解(1)证明：取PA的中点F，连接EF，BF.因为E是PD的中点，所以EFAD，EFAD.由BADABC90°得BCAD.又BCAD，所以EFBC，四边形BCEF是平行四边形，CEBF.又BF平面PAB，CE平面PAB，故CE平面PAB

9、.(2)由已知，得BAAD，以A为坐标原点，的方向为x轴正方向，|为单位长，建立如图所示的空间直角坐标系Axyz，则A(0,0,0)，B(1,0,0)，C(1,1,0)，P(0,1，)，(1,0，)，(1,0,0)设M(x，y，z)(0<x<1)，则 (x1，y，z)，(x，y1，z)因为BM与底面ABCD所成的角为45°，而n(0,0,1)是底面ABCD的法向量，所以|cos，n|sin 45°，即，即(x1)2y2z20. 又M在棱PC上，设，则x，y1，z. 由解得(舍去)，或所以M，从而.设m(x0，y0，z0)是平面ABM的法向量，则即所以可取m(0，

10、2)于是cosm，n.因此二面角M­AB­D的余弦值为.能力提升练1如图3­2­42所示，已知点P为菱形ABCD外一点，且PA平面ABCD，PAADAC，点F为PC中点，则二面角C­BF­D的正切值为()图3­2­42A.BC.DD如图所示，连接BD，ACBDO，连接OF.以O为原点，OB、OC、OF所在直线分别为x，y，z轴建立空间直角坐标系Oxyz.设PAADAC1，则BD.所以B，F，C，D.结合图形可知，且为平面BOF的一个法向量，由，可求得平面BCF的一个法向量n(1，)所以cosn，sinn，所以tan

11、n，.2在正方体ABCD­A1B1C1D1中，点E为BB1的中点，则平面A1ED与平面ABCD所成的二面角的余弦值为() 【导学号：33242315】ABC.DB建系如图，设正方体棱长为1，则D(0,0,0)、A1(1,0,1)、E.(1,0,1)，.设平面A1ED的一个法向量为n(x，y，z)则.令x1，则z1，y，n.又平面ABCD的一个法向量为(0,0,1)cosn，.又平面A1ED与平面ABCD所成的二面角为锐角，平面A1ED与平面ABCD所成二面角的余弦值为.3已知正四棱锥的体积为12，底面对角线的长为2，则侧面与底面所成的二面角等于_底面对角线长为2，底面边长为2，从而利

12、用体积得四棱锥的高为3，所求二面角的正切为.侧面与底面所成的二面角为.4已知正四棱锥的底面边长为2，高为3.则侧面与底面所成的二面角等于_60°如图，四棱锥P­ABCD为正四棱锥，连接AC、BD相交于点O，连接PO，则PO平面ABCD.作OECD，连接PE，则PEO即为侧面与底面所成二面角的平面角由题意知PO3，OE，tanPEO.PEO60°.5.如图3­2­43所示，几何体是圆柱的一部分，它是由矩形ABCD(及其内部)以AB边所在直线为旋转轴旋转120°得到的，G是的中点图3­2­43(1)设P是上的一点，且A

13、PBE，求CBP的大小；(2)当AB3，AD2时，求二面角E­AG­C的大小. 【导学号：33242316】解(1)因为APBE，ABBE，AB，AP平面ABP，ABAPA，所以BE平面ABP.又BP平面ABP，所以BEBP.又EBC120°，所以CBP30°.(2)法一：如图，取的中点H，连接EH，GH，CH.因为EBC120°，所以四边形BEHC为菱形，所以AEGEACGC.取AG的中点M，连接EM，CM，EC，则EMAG，CMAG，所以EMC为所求二面角的平面角又AM1，所以EMCM2.在BEC中，由于EBC120°，由余弦定理得EC222222×2×2×cos 120°12，所以EC2，所以EMC为等边三角形，故所求的角为60°.法二：以B为坐标原点，分别以BE，BP，BA所在的