本题导读

考查空间垂直与二面角。(1) 且 ,故 平面 ;(2)取 中点 , 且相等, 平面 ;(3)建系得二面角为 。

📌【题干】

Question

(2009年四川卷(文)) 如图,正方形 所在平面与平面四边形 所在平面互相垂直, 是等腰直角三角形,,,.

(1)求证: 平面 ;

(2)设线段 、 的中点分别为 、,求证: 平面 ;

(3)求二面角 的大小.

🔍【思路分析】

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1.(1)等腰直角 :;,故 ,。 2. 正方形中 ,两面垂直得 平面 ,故 。 3. 且 ,,故 平面 。 4.(2)取 中点 : 且 ; 且 。 故 且 , 为平行四边形, 平面 。 5.(3)设 ,建系:( 与 在 异侧)。 6. 平面 法向量 ,平面 法向量 ,,。

✅【答案】

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(1) (2)证明见解析;(3)二面角 的大小为

✍【详细解析】

Abstract

(1)因为 是等腰直角三角形,,所以 。 又 ,故 ,即 。 因为正方形 中 ,平面 平面 ,交线为 , 所以 平面 ,从而 。 又 , 平面 ,所以 平面 。 (2)取 的中点 ,连接 。 在 中, 分别为 的中点,故 且 。 正方形中 为 中点, 且 。 所以 且 ,四边形 为平行四边形,。 又 平面 , 平面 ,所以 平面 。 (3)设 。以 为原点建立空间直角坐标系,使平面 为 平面,平面 为 平面,则 由 ,,且 与 位于 异侧,得 。 ,,平面 的法向量 平面 的法向量为 。设二面角 的大小为 ,则 故二面角 的大小为 。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

核心考点:面面垂直性质与二面角

核心方法:交线 上作垂: 平面 ;二面角建系用双法向量

避坑指南:(1) 依赖 在 异侧(图示),(3)建系取 与此一致。

📖【试题探源与推广】

Tip

试题探源:两面垂直时,一个面内垂直于交线的直线垂直于另一个面。

结论推广:线面平行证法:中位线造平行四边形,把 转到面内的 。

方法推广:二面角 ,,答 即可。

🔗【关联脉络】

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