本题导读
本题考查空间向量的坐标运算。
📌【题干】
Question
(2007年江苏卷) 如图,已知 是棱长为 的正方体,点 在 上,点 在 上,且 . (1)求证:,,, 四点共面; (2)若点 在 上,,点 在 上,,垂足为 ,求证: 面 ; (3)用 表示截面 和面 所成锐二面角大小,求 .
🔍【思路分析】
破题导航
- 以 为原点、、、 为 轴建系,写出各点坐标。
- (1) 证 (向量分解)。
- (2) 由 解出 的纵坐标,再说明 与平面 的法向量平行。
- (3) 求截面 的法向量,与面 的法向量作夹角,取锐角求 。
✅【答案】
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(1) 见解析;(2) 见解析;(3)
✍【详细解析】
Abstract
建立空间直角坐标系,使 为原点,,, 分别为 ,, 轴正方向.于是 ,,,,,,.由 ,,得 ,. (1)因为 ,,且 ,所以点 在由点 确定的平面内,故 四点共面. (2)设 .由 ,得 ,从而 ,. 由 ,有 ,解得 ,即 .因而 ,直线 平行于 轴,而平面 的方程为 ,所以 面 . (3)记平面 为 ,平面 为 .由 ,可知 的一个法向量为 ,故其方程为 .平面 的一个法向量为 . 因为所求二面角取锐角,所以 ,从而 .所以
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
核心考点:正方体空间向量综合
核心方法:建系后向量分解证共面、法向量求角
避坑指南:共面证明用 BD1=BE+BF(向量分解);EM⊥面 BCC1B1 的关键是 EM 方向与该面法向量 (0,1,0) 平行;二面角取锐角,cosθ=|n1·n2|/(|n1||n2|)
📖【试题探源与推广】
Tip
试题探源:教材”空间向量的应用”
结论推广:四点共面 ⟺ 存在实数使一个向量可由另两个线性表出(有公共起点)
方法推广:正方体问题一律建系;截面二面角先求截面法向量,再用两法向量夹角
🔗【关联脉络】
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