本题导读

本题考查四点共面,以及空间向量的坐标运算。

📌【题干】

Question

(2011年广东卷(文)) 如图所示的几何体是将高为 、底面半径为 的直圆柱沿过轴的平面切开后,将其中一半沿切面向右水平平移后得到的. ,,, 分别为弧 ,,, 的中点,,,, 分别为 ,,, 的中点.

(1) 证明:,,, 四点共面;

(2) 设 为 中点,延长 到 ,使得 . 证明: 平面 .

🔍【思路分析】

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  1. 步骤1:建系写出各点坐标:(1) 验证四点满足同一平面方程
  2. 步骤2:(2) 与平面内两不共线向量点积为零

✅【答案】

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(1) ,,, 四点共面(证明见解析)

(2) 平面 (证明见解析)

✍【详细解析】

Abstract

建系:,, 在 轴上,竖直向上为 轴,左半圆柱在 一侧,右半圆柱在 一侧。

取 ,,,,,;则 ,,,。

弧的中点:,,,。

(1) 平面 的方程为 :,, 均满足。

:,也满足,故 在同一平面内,四点共面。

(2) 为 中点:; 在 延长线上且 ,即 为 中点,。

;;。

;。

与 不共线,它们确定平面 ,故 平面 。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

核心考点:四点共面的判定(共平面方程 / 共面向量);空间坐标系的建立;线面垂直的向量判定

核心方法:切半圆柱的对称性给建系带来便利;共面用”同平面方程”,垂直用”点积双零 + 基底不共线”

避坑指南:平移后右半圆柱的底面圆心横坐标与左侧关于切面对称(, 横坐标为 ),坐标写错全盘皆错; 来自” 是 中点”,方向别反;(2) 证垂直必须说明两向量不共线,才能充当平面的基底。

📖【试题探源与推广】

Tip

试题探源:空间向量与共面垂直题与 2012-浙江卷文-20、2013-新课标I卷文-19、2012-辽宁卷文-18 同族。

结论推广:推广:四点共面的坐标判定可统一为三向量混合积为零(本题 即由此而来);线面垂直的向量判定”与两条不共线向量点积均为零”是固定格式。

方法推广:空间证明题:图形由旋转体切片平移构成时优先建系,把”共面 / 垂直”全部翻译成坐标运算,几何推理负担最小。

🔗【关联脉络】

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