本题导读

本题考查直线与平面所成的角。核心在于坐标法的灵活运用。

📌【题干】

Question

(2012年四川卷(文)) 如图,在三棱锥 中,,,,点 在平面 内的射影 在 上.

(1)求直线 与平面 所成角的正弦值;

(2)求二面角 的余弦值.

!

🔍【思路分析】

破题导航

取正三角形 边长为 ,由 与 定出 、,于是 ,线面角正弦为 ;二面角余弦为 。

✅【答案】

点击查看答案

(1);(2)

✍【详细解析】

Abstract

(1)取 ,建立空间直角坐标系:,,。

因为 在 上,设 ;又 平面 ,设 ()。

由 :,,故

,即 。

由 :,而 ,,故

,即 。

联立得 ,由 解得 ,。

于是 ,

。

平面 即 平面,其法向量为 ,故直线 与平面 所成角的正弦值等于方向向量竖直分量绝对值与模之比:

。

(2)平面 即平面 (因为 、、 三点的纵坐标均为 ),取法向量 。

又 ,。平面 的一个法向量为

。

取锐角,则二面角 的余弦为

。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

核心考点:线面角的定义(斜线与其射影的夹角);二面角的向量求法;三棱锥中的坐标建模

核心方法:用”两个已知角 + 射影在 上”定出顶点坐标,把空间角问题全部交给向量公式

避坑指南:(1)平面 的法向量就是竖直方向,因此线面角的正弦等于方向向量竖直分量与模之比,不必再求一次余弦的绝对值;(2) 的横坐标 由两个角的条件联立唯一确定,若漏用 会解不出具体数值。

📖【试题探源与推广】

Tip

试题探源:三棱锥中的线面角与二面角综合题,与 2012 年大纲卷文第 19 题、2013 年重庆卷理第 19 题同族。

结论推广:空间向量求角的统一公式:线面角 ( 为直线方向向量, 为平面法向量);二面角余弦取两法向量夹角余弦的绝对值(按几何直观定锐钝)。

方法推广:立体几何解答题先”找竖直方向”(过顶点的垂线),把坐标系建在垂足处,所有条件都变成坐标的一次方程。

🔗【关联脉络】

Multi column

类题演练 (Links)