问题


以下是关于高中数学的单项选择题,请直接给出正确答案的选项。
题目:在正方体ABCD-A1B2C1D1中,BB1与平面ACD1所成角的余弦值为
A. \sqrt{3}/2
B. 2/3
C. \sqrt{2}/3
D. \sqrt{6}/3
答案是:

答案

模型 模型答案 正确答案
金声玉亮2.0 D. \sqrt{6}/3 D
deepseekr1

在正方体ABCD-A₁B₁C₁D₁中,BB₁的方向向量为(0,0,1),平面ACD₁的法向量由点A(0,0,0)、C(1,1,0)、D₁(0,1,1)确定。计算向量AC=(1,1,0)和AD₁=(0,1,1)的叉乘,得到法向量n=(1,-1,1)。BB₁的方向向量v=(0,0,1)与法向量n的点积为1,法向量的模长为√3,方向向量的模长为1。根据线面角公式,余弦值为方向向量与法向量夹角的正弦值,即:

\[
\cosθ = \frac{\sqrt{6}}{3}
\]

因此,正确答案为选项D。

答案是:D. \sqrt{6}/3
D
gpto1 D D
GPT-4o 答案是: C. \(\sqrt{2}/3\) D
llama3.1-70B-Instruct

C
D
llama3.1-405B-Instruct

D
D
DeepSeek-Coder-V2 答案是: D. \sqrt{6}/3 D
Qwen2-72B-Instruct D. \sqrt{6}/3 D
baichuan4 D D
doubao D。

设正方体棱长为 1,以 D 为原点,分别以 DA,DC,DD1 所在直线为 x 轴,y 轴,z 轴建立空间直角坐标系。

则 A(1,0,0),C(0,1,0),D1(0,0,1),B(1,1,0),B1(1,1,1)。

平面 ACD1 的法向量为 n=(1,1,1)。

向量 BB1=(0,0,1)。

设 BB1 与平面 ACD1 所成角为θ,则 sinθ=|cos<BB1,n>|=|BB1·n|/|BB1|·|n|=1/√3=√3/3,所以 cosθ=√(1-sin²θ)=√6/3。
D
minimax 在正方体ABCD-A1B1C1D1中,考虑正方体的一个面ABC,其中点为M,连接BM和MD1。由于正方体的对角线AC和BD1互相垂直,所以角BMD1是平面ACD1与线段BB1所成的角。

由于正方体的边长相等,设边长为a,则BM和MD1都是a的长度。在直角三角形BMD1中,BB1是斜边,其长度为a√2(因为BB1是正方体的体对角线的一半,而正方体的体对角线长度为a√3)。因此,角BMD1的余弦值为:

cos(BMD1) = BM / BB1 = a / (a√2) = 1/√2 = √2/2

所以,BB1与平面ACD1所成角的余弦值为√2/2,但这个值并不在选项中。我们需要检查一下是否有计算错误。

实际上,我们应该考虑的是线段BB1与平面ACD1的法线之间的角度。在正方体中,AC是面ABC的对角线,而D1是正方体的顶点,所以ACD1平面的法线是通过点C垂直于平面ACD1的线。由于AC是正方体的面对角线,所以AC的长度是a√2。而BB1是正方体的体对角线的一半,长度是a√3/2。

现在,我们需要找到平面ACD1的法线。由于AC是面对角线,它位于平面ABC内,而D1位于平面ACD1上,所以平面ACD1的法线将垂直于AC并且通过D1。因此,法线实际上是线段CD1。由于CD1是正方体的边,所以它的长度是a。

现在我们有了线段BB1和CD1,它们的长度分别是a√3/2和a。BB1与平面ACD1所成角的余弦值是BB1与CD1的夹角的余弦值,即:

cos(θ) = CD1 / BB1 = a / (a√3/2) = 2/√3 = √3/3

所以,BB1与平面ACD1所成角的余弦值为√3/3,这对应于选项B。因此,正确答案是:

B. 2/3
D
kimi C. \sqrt{2}/3 D
wenxinyiyan D D
zhipu D. \(\sqrt{6}/3\)

解释:
在正方体 \(ABCD-A_1B_1C_1D_1\) 中,设正方体的边长为 \(a\)。我们需要找到直线 \(BB_1\) 与平面 \(ACD_1\) 所成角的余弦值。

首先,确定关键点的坐标:
- \(B\) 的坐标为 \((a, 0, 0)\)
- \(B_1\) 的坐标为 \((a, 0, a)\)
- \(A\) 的坐标为 \((0, 0, 0)\)
- \(C\) 的坐标为 \((a, a, 0)\)
- \(D_1\) 的坐标为 \((0, a, a)\)

向量 \(BB_1\) 为 \((0, 0, a)\)。

平面 \(ACD_1\) 的法向量可以通过向量 \(AC\) 和 \(AD_1\) 的叉积求得:
- 向量 \(AC\) 为 \((a, a, 0)\)
- 向量 \(AD_1\) 为 \((0, a, a)\)

叉积 \(AC \times AD_1\) 为:
\[
\begin{vmatrix}
\mathbf{i} & \mathbf{j} & \mathbf{k} \\
a & a & 0 \\
0 & a & a
\end{vmatrix}
= \mathbf{i}(a \cdot a - 0 \cdot a) - \mathbf{j}(a \cdot a - 0 \cdot 0) + \mathbf{k}(a \cdot a - a \cdot 0)
= \mathbf{i}(a^2) - \mathbf{j}(a^2) + \mathbf{k}(a^2)
= (a^2, -a^2, a^2)
\]

所以,平面 \(ACD_1\) 的法向量为 \((a^2, -a^2, a^2)\)。

接下来,计算 \(BB_1\) 与法向量 \((a^2, -a^2, a^2)\) 的夹角的余弦值:
\[
\cos \theta = \frac{BB_1 \cdot \text{法向量}}{|BB_1| \cdot |\text{法向量}|}
\]

其中,
\[
BB_1 \cdot \text{法向量} = (0, 0, a) \cdot (a^2, -a^2, a^2) = 0 \cdot a^2 + 0 \cdot (-a^2) + a \cdot a^2 = a^3
\]

\[
|BB_1| = \sqrt{0^2 + 0^2 + a^2} = a
\]

\[
|\text{法向量}| = \sqrt{(a^2)^2 + (-a^2)^2 + (a^2)^2} = \sqrt{3a^4} = a^2\sqrt{3}
\]

所以,
\[
\cos \theta = \frac{a^3}{a \cdot a^2\sqrt{3}} = \frac{a^3}{a^3\sqrt{3}} = \frac{1}{\sqrt{3}} = \frac{\sqrt{3}}{3}
\]

但是注意到我们实际需要的是与平面所成的角,而不是与法向量的角,所以实际余弦值为:
\[
\cos \phi = \sqrt{1 - \left(\frac{\sqrt{3}}{3}\right)^2} = \sqrt{1 - \frac{1}{3}} = \sqrt{\frac{2}{3}} = \frac{\sqrt{6}}{3}
\]

因此,正确答案是 D. \(\sqrt{6}/3\)。
D
gpto1 D D
deepseekv3 D D