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解答题滚动练5
1.(2017·北京)如图,在四棱锥P-ABCD中,底面ABCD为正方形,平面PAD⊥平面ABCD,点M在线段PB上,PD∥平面MAC,PA=PD=,AB=4.
(1)求证:M为PB的中点;
(2)求二面角B-PD-A的大小;
(3)求直线MC与平面BDP所成角的正弦值.
(1)证明 设AC,BD交于点E,连接ME,如图.
因为PD∥平面MAC,平面MAC∩平面PDB=ME,
所以PD∥ME.
因为四边形ABCD是正方形,
所以E为BD的中点,
所以M为PB的中点.
(2)解 取AD的中点O,连接OP,OE.
因为PA=PD,所以OP⊥AD,
又因为平面PAD⊥平面ABCD,且OP⊂平面PAD,
所以OP⊥平面ABCD.
因为OE⊂平面ABCD,所以OP⊥OE.
因为四边形ABCD是正方形,
所以OE⊥AD.
如图,建立空间直角坐标系Oxyz,
则P(0,0,),D(2,0,0),B(-2,4,0),=(4,-4,0),=(2,0,-).
设平面BDP的法向量n=(x,y,z),
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则即
令x=1,则y=1,z=.
于是n=(1,1,).
平面PAD的法向量为p=(0,1,0),
所以cos〈n,p〉==.
由题意知二面角B-PD-A为锐角,
所以它的大小为.
(3)解 由题意知M,C(2,4,0),=.
设直线MC与平面BDP所成的角为α,则
sin α=|cos〈n,〉|==,
所以直线MC与平面BDP所成角的正弦值为.
2.(2017·安徽太和中学模拟)新一届班委会的7名成员有A,B,C三人是上一届的成员,现对7名成员进行如下分工.
(1)若正、副班长两职只能由A,B,C三人中选两人担任,则有多少种分工方案?
(2)若A,B,C三人不能再担任上一届各自的职务,则有多少种分工方案?
解 (1)先确定正、副班长,有A种选法,其余全排列有A种,共有AA=720(种)分工方案.
(2)方法一 设A,B,C三人的原职务分别是a,b,c,当ABC任意一人都不担任abc职务时有AA种;当ABC中一人担任abc中的职务时,有CAAA种;当ABC中两人担任abc中的职务时,有3CAAA种;当ABC中三人担任abc中的职务时,有2A种;故共有AA+CAAA+3CAA+2A=134A=3 216(种)分工方案.
方法二 担任职务总数为A种,当A担任原职务时有A种,同理BC各自担任原职务时也各自有A种,而当AB,BC,CA同时担任原职务时各有A种;当ABC同时担任原职务时有A种,故共有A-3A+3A-A=134A=3 216(种)分工方案.
3.已知数列{an}满足a1=1,an+1=an+2,数列{bn}的前n项和为Sn,且Sn=2-bn.
(1)求数列{an},{bn}的通项公式;
(2)设cn=anbn,求数列{cn}的前n项和Tn.
解 (1)因为a1=1,an+1-an=2,所以{an}是首项为1,公差为2的等差数列,
所以an=1+(n-1)×2=2n-1.
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又当n=1时,b1=S1=2-b1,所以b1=1,
当n≥2时,Sn=2-bn, ①
Sn-1=2-bn-1, ②
由①-②,得bn=-bn+bn-1,即=,
所以{bn}是首项为1,公比为的等比数列,
故bn=n-1.
(2)由(1)知cn=anbn=,则
Tn=+++…+, ③
Tn=++…++, ④
③-④得Tn=++…+-
=1+1++…+-=1+-=3-.
所以Tn=6-.
4.已知椭圆的两个焦点为F1(-,0),F2(,0),M是椭圆上一点,若·=0,||·||=8.
(1)求椭圆的方程;
(2)直线l过右焦点F2(,0)(不与x轴重合)且与椭圆相交于不同的两点A,B,在x轴上是否存在一个定点P(x0,0),使得·的值为定值?若存在,写出P点的坐标(不必求出定值);若不存在,请说明理由.
解 (1)由题意,c=,|MF1|2+|MF2|2=4c2=20,|MF1|·|MF2|=8,
∴(||+||)2=|MF1|2+|MF2|2+2|MF1|·|MF2|=36,
解得|MF1|+|MF2|=6,
即2a=6,∴a=3,b2=a2-c2=4,
∴椭圆的方程为+=1.
(2)方法一 设直线l的方程为x=my+,
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代入椭圆方程并消元整理得(4m2+9)x2-18x+45-36m2=0. ①
设A(x1,y1),B(x2,y2)是方程①的两个解,由根与系数的关系得
x1+x2=,x1x2=,
则y1y2=(x1-)(x2-)==,
·=(x1-x0,y1)·(x2-x0,y2)=(x1-x0)(x2-x0)+y1y2=x1x2-x0(x1+x2)+x+y1y2
=-x0+x+=,
令·=t,则(4x-36)m2+9x-18x0+29=t(4m2+9),
比较系数得4x-36=4t且9x-18x0+29=9t,
消去t得36x-36×9=36x-72x0+29×4,解得x0=.
∴在x轴上存在一个定点P,使得·的值为定值-.
方法二 当直线与x轴不垂直时,设直线l的方程为y=k(x-)(k≠0),代入椭圆方程并消元整理得
(9k2+4)x2-18k2x+45k2-36=0, ①
设A(x1,y1),B(x2,y2)是方程①的两个解,由根与系数的关系得
x1+x2=,x1x2=,
y1y2=k2(x1-)(x2-)=k2=,
·=(x1-x0,y1)·(x2-x0,y2)=(x1-x0)(x2-x0)+y1y2=x1x2-x0(x1+x2)+x+y1y2=,
令·=t,则(9x-18x0+29)k2+4x-36=t(4+9k2),
9x-18x0+29=9t,且4x-36=4t,
解得x0=,此时t的值为-.
当直线l与x轴垂直时,l的方程为x=,代入椭圆方程,解得A,B,
·=·=-=-,
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∴当直线l与x轴垂直时,·也为定值-.
综上,在x轴上存在一个定点P,使得·的值为定值-.
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