| 1.4.1 用空间向量研究直线、平面的位置关系 题目答案及解析

稿件来源:高途

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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

1.4.1 用空间向量研究直线、平面的位置关系

如图,四边形$ABCD$是矩形,$PA\perp$平面$ABCD$$AP=AB=2$$BC=2\sqrt{2}$$E$$F$分别是$AD$$PC$的中点.建立适当的空间坐标系,利用空间向量详解以下问题:

$(1)$证明:$PC\perp$平面$BEF$

$(2)$求平面$BEF$与平面$BAP$夹角的大小.

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$(1)$证明见解析;

$(2)$$45^\\circ$

"]]

$(1)$证明:如图,以$A$为坐标原点,$AB$$AD$$AP$所在直线分别为$x$$y$$z$轴建立空间直角坐标系.

$\because AP=AB=2,BC=AD=2\sqrt{2}$,四边形$ABCD$是矩形.

$\therefore A$$B$$C$$D$$P$的坐标为$A(0$$0$$0)$$B(2$$0$$0)$$C(2,2\sqrt{2},0)D(0,2\sqrt{2},0),P(0,0,2)$

$E$$F$分别是$AD$$PC$的中点,

$\therefore E(0,\sqrt{2},0),F(1,\sqrt{2},1)$

$\therefore \overrightarrow{PC}=(2,2\sqrt{2},-2),\overrightarrow{BF}=(-1,\sqrt{2},1),\overrightarrow{EF}=(1,0,1)$

$\therefore \overrightarrow{PC}\cdot \overrightarrow{BF}=-2+4-2=0,\overrightarrow{PC}\cdot \overrightarrow{EF}=2+0-2=0$

$\therefore \overrightarrow{PC}\perp \overrightarrow{BF},\overrightarrow{PC}\perp \overrightarrow{EF}$

$\because BF\cap EF=F$

$\therefore PC\perp$平面$BEF$

$(2)$解:由$(1)$知平面$BEF$的法向量$\overrightarrow{n_1}=\overrightarrow{PC}=(2,2\sqrt{2},-2)$

平面$BAP$的法向量$\overrightarrow{n_2}=\overrightarrow{AD}=(0,2\sqrt{2},0)$

$\therefore \overrightarrow{n_1}\cdot \overrightarrow{n_2}=8$

设平面$BEF$与平面$BAP$的夹角为$\theta$

$\cos \theta =\cos \lt \overrightarrow{n_1},\overrightarrow{n_2}\gt =\dfrac{\overrightarrow{n_1}\cdot \overrightarrow{n_2}}{\vert \overrightarrow{n_1}\vert \vert \overrightarrow{n_2}\vert }=\dfrac{8}{4\times 2\sqrt{2}}=\dfrac{\sqrt{2}}{2}$

$\therefore \theta =45^\circ$

$\therefore $平面$BEF$与平面$BAP$的夹角为$45^\circ$

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