稿件来源:高途
| 1.4.2 用空间向量研究距离、夹角问题题目答案及解析如下,仅供参考!
选择性必修一
第一章 空间向量与立体几何
1.4 空间向量的应用
1.4.2 用空间向量研究距离、夹角问题
如图,在三棱锥$P-ABC$中,$\triangle CAP$和$\triangle ABC$都是等腰直角三角形,且$\angle ACP=\angle BAC=90{}^\circ $,$AC=2$,二面角$P-AC-B$的大小为$\dfrac{\pi }{3}$$.$
$(1)$求证:直线$AB$与直线$PC$不垂直;
$(2)$求直线$PB$与平面$ABC$所成角的正弦值$.$
$(1)$证明见解析;
$(2)$$\\dfrac{\\sqrt{6}}{4}$
"]]$(1)$
$\because \triangle ABC$是等腰直角三角形,且$\angle BAC={{90}^{{}^\circ }}$,$AB=AC=2$,
$\therefore $ 以$A$为原点,分别以$AB$,$AC$所在直线为$x$,$y$轴,垂直平面$ABC$的直线为$z$轴,建立空间直角坐标系,如图所示:
$A\left( 0,0,0 \right),B\left( 2,0,0 \right)$,$C\left( 0,2,0 \right)$
过点$C$作$AB$的平行线,在平行先上取一点$E$,且$CE=AB$,连接$PE$,如图所示:
$\because \angle ACP=\angle BAC={{90}^{{}^\circ }}$,
$\therefore \angle PCE$即为二面角$P-AC-B$的平面角,
$\therefore \angle PCE=\dfrac{\pi}{3}$,
$\because \triangle CAP$是等腰直角三角形,且$AC=2$,
$\therefore PC=2$,
$\therefore P$到平面$ABC$的距离为$\sqrt{3}$,即$P\left( 1,2,\sqrt{3} \right)$,
$\therefore \overrightarrow{AB}=\left( 2,0,0 \right)$,$\overrightarrow{CP}=\left( 1,0,\sqrt{3} \right)$,
$\because \overrightarrow{AB}\cdot \overrightarrow{CP}=2\ne 0$,
$\therefore \overrightarrow{AB}$与$\overrightarrow{CP}$不垂直,
即直线$AB$与直线$PC$不垂直$.$
$(2)$由$(1)$可得,$\overrightarrow{BP}=\left( -1,2,\sqrt{3} \right)$,设平面$ABC$的法向量为$\boldsymbol{n}=\left( 0,0,1 \right)$,
记直线$PB$与平面$ABC$所成角为$\theta $,$\theta \in \left( 0,\dfrac{\pi}{2} \right)$,
$\therefore \sin \theta =\left| \cos \left\langle \overrightarrow{BF}\cdot \boldsymbol{n} \right\rangle \right|=\dfrac{\left| \overrightarrow{BF}\cdot \boldsymbol{n} \right|}{\left| \overrightarrow{BF} \right|\left| {\boldsymbol{n}} \right|}=\dfrac{\sqrt{3}}{2\sqrt{2}}=\dfrac{\sqrt{6}}{4}$,
$\therefore $ 直线$PB$与平面$ABC$所成角的正弦值为$\dfrac{\sqrt{6}}{4}$$.$
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