本题导读

本题考查线面垂直的判定与性质。

📌【题干】

Question

(2011年浙江卷(理)) 如图,在三棱锥 中,, 为 的中点, 平面 ,垂足 落在线段 上,已知 ,,,.

(1) 证明:;

(2) 在线段 上是否存在点 ,使得二面角 为直二面角?若存在,求出 的长;若不存在,请说明理由.

🔍【思路分析】

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  1. 对 (1):
  • 因为 为 的中点,所以 。
  • 又 平面 ,而 平面 ,故 。
  • 由 ,且 平面 ,可证 平面 ,进而得出 。
  1. 对 (2):
  • 建立以 为原点的空间直角坐标系:过 作平行于 的直线为 轴, 所在直线为 轴, 所在直线为 轴。
  • 写出各点坐标:,,,,由 及 为中点知 .
  • 设点 在线段 上,利用向量线性表示设出 的坐标,利用二面角为直二面角(法向量垂直)建立方程求解是否存在满足条件的 。

✅【答案】

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(1) 证明见解析

(2) 待补

✍【详细解析】

Abstract

(1) 证明: 因为 , 为 的中点,所以 . 因为 平面 ,且 平面 ,所以 . 又 , 平面 ,所以 平面 . 因为 平面 ,所以 .

(2) 以 为原点, 的方向为 轴正方向, 所在的直线为 轴,过 且垂直于平面 的直线为 轴,建立空间直角坐标系 . 由题设知: 且 为中点,故 ,. 设点 在线段 上,设 . 因为 ,所以 . 从而点 的坐标为 . 求相关向量: 设平面 的法向量为 ,平面 的法向量为 . 通过联立方程组求出法向量,由二面角 为直二面角,即两法向量垂直 . 经计算可得 ,此时 . 故存在点 ,使得二面角 为直二面角,此时 的长为 .

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  • 核心考点:线面垂直性质、线线垂直证明、空间直角坐标系建系、向量法求二面角。
  • 核心方法:利用面面垂直或线面垂直构造直角坐标系;通过向量参数法设点探究存在性。
  • 避坑指南:第 (2) 问中设点 时利用向量比例 可以有效简化坐标表达式。

📖【试题探源与推广】

Tip

  • 试题探源:2011年浙江高考理科数学立体几何解答题标准压轴题型。
  • 结论推广:空间中“是否存在点使得二面角为直二面角”一类问题,通常转化为法向量数量积为零的方程求解。

🔗【关联脉络】

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