本题导读
本题以底面为直角梯形的四棱锥为载体,考查空间线面垂直的证明以及二面角的求法,利用侧棱垂直底面的特性建立直角坐标系通过向量代数求解。
📌【题干】
Question
(2007年上海卷(理)) 如图,在底面为直角梯形的四棱锥 中, 平面 ,.
(1) 求证: 平面 ;
(2) 求二面角 的大小.
🔍【思路分析】
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第一问:以 为原点建立空间直角坐标系,利用两向量的数量积为 0 证明 ,结合 证出线面垂直。
第二问:分别求出平面 与平面 的法向量,通过法向量的夹角公式求出二面角的余弦值,进而确定角度。
✅【答案】
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待补
✍【详细解析】
Abstract
(1) 证明: 因为 平面 ,,, 所以 两两互相垂直. 以 为坐标原点,分别以 的方向为 轴、 轴、 轴的正方向建立空间直角坐标系 . 由题意可得相关各点的坐标为: . 则 ,. 因为 , 所以 . 又因为 平面 , 平面 , 所以 . 因为 ,且 平面 , 所以 平面 .
(2) 解: 由 (1) 可知, 平面 ,故平面 的一个法向量可取为 . 设平面 的一个法向量为 . 已知 ,. 由 得 , 令 ,解得 , 故 . 设二面角 的平面角为 .由图可知 为锐角, 则 . 所以,二面角 的大小为 .
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
核心考点:空间直角坐标系的构建,线面垂直的向量判定,平面法向量的求解与二面角夹角计算。
核心方法:坐标化法。
避坑指南:求得法向量夹角的余弦值后,需结合图形判定二面角的实际范围(钝角或锐角)。
📖【试题探源与推广】
Tip
试题探源:本题属于典型的立体几何大题标准模型,利用底面直角结构进行规范的向量运算。
结论推广:在直角梯形底面中,若两底边与高的代数几何特征满足 ,则对角线必互相垂直。
🔗【关联脉络】
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