本题导读
本题考查空间点线面位置关系。核心在于三角法、构造法的灵活运用。
📌【题干】
Question
(2012年山东卷(文)) 如图,几何体 是四棱锥, 为正三角形,,.
(1)求证:;
(2)若 , 为线段 的中点,求证: 平面 .
!
🔍【思路分析】
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(1)由 、 知 垂直平分 ,结合 得 平面 ,故 ,从而 ;(2)取 中点 ,证 、,得平面 平面 。
✅【答案】
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(1)见解析;(2)见解析
✍【详细解析】
Abstract
(1)设 为 的中点。
因为 ,所以 ;因为 ,所以 。
,, 共线且均为 的垂直平分线上的点,故 。
又 ,且 与 相交于点 ,故 平面 。
因为 平面 ,所以 。
为 中点且 ,故 是 的垂直平分线,从而 。
(2)设 。由 得 ,。
又 为正三角形,故 ,且 。
因为 、 在 的两侧(图形所示位置),故 ,即 。
取 的中点 ,连接 ,。
在 中,, 分别为 , 的中点,故 。
在 中,,,,由余弦定理
,
故 ,从而 ,即 。
又 , 与 在同一平面 内,故 。
于是 ,,且 , 是平面 内两条相交直线,, 是平面 内两条相交直线,故平面 平面 。
又 平面 ,所以 平面 。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
核心考点:空间点、线、面的位置关系;线面垂直的判定与性质;线面平行的判定(面面平行转化)
核心方法:用”等腰三角形 + 中点”造垂直,用中位线造平行,把线面平行转化为面面平行
避坑指南:证线面平行优先”面面平行”或”线线平行”转化,必须写清” 不在平面 内”(否则是包含而非平行);第(2)问的 角来自 ,别忽略 、 在 同侧与异侧的区别。
📖【试题探源与推广】
Tip
试题探源:四棱锥中的线面关系证明题,与 2013 年山东卷文第 19 题、2013 年山东卷理第 18 题同族。
结论推广:若 且 ,则 是 的垂直平分线;若 平面 且 为 中点,则 垂直平分 。
方法推广:立体几何证明题两条主线:造垂直用”等腰 + 中点”,造平行用”中位线 + 平行四边形”,最终把结论落到线面或面面关系。
🔗【关联脉络】
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