本题导读
本题考查立体几何综合知识。首先需要通过侧视图与俯视图还原几何体的形状及尺寸,判定底面与侧面的位置关系。第一问利用垂直关系建立参数方程证明点为中点;第二问通过求解两个平面的法向量,利用夹角公式计算二面角的余弦值。
📌【题干】
Question
(2014年四川卷(理)) 三棱锥 及其侧视图、俯视图如图所示.设 , 分别为线段 , 的中点, 为线段 上的点,且 .
(1) 证明: 为线段 的中点;
(2) 求二面角 的余弦值.
🔍【思路分析】
破题导航
- 三视图还原:
- 俯视图显示 为正三角形,边长为 。
- 侧视图显示三棱锥的高为 ,且顶点 在底面的射影 落在 的中点上。
- 推导出 两两互相垂直,可以此建立空间直角坐标系。
- 第一问:证明中点
- 设 ,写出 的坐标。
- 利用 建立关于 的方程,解出 即可。
- 第二问:求二面角
- 确定两个平面:平面 (即平面 的一部分)和平面 (或其延伸面)。
- 分别求出两个平面的法向量 。
- 利用 计算,注意结合图形判定二面角是锐角还是钝角。
✅【答案】
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第 (1) 小题:证明 为 的中点;第 (2) 小题:求二面角余弦值;求平面 的法向量 ;求平面 的法向量
✍【详细解析】
Abstract
第一步:建立空间直角坐标系
根据侧视图和俯视图可知, 均为边长为 的正三角形,顶点 在底面内的射影为 的中点 。 以 为原点, 所在直线分别为 轴建立空间直角坐标系。 各点坐标为: 。 由中点公式得: 。 则 。
第 (1) 小题:证明 为 的中点 设 。 则 。 因为 ,所以 : 故 为线段 的中点。
第 (2) 小题:求二面角余弦值 由 (1) 知 。
- 求平面 的法向量 : ,。 设 ,由 得 。 由 得 。 取 。
- 求平面 的法向量 : ,。 设 : 令 ,得 。
- 计算二面角: 故二面角 的余弦值为 。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
核心考点:三视图还原与空间向量证明垂直、求二面角
核心方法:建系后用向量垂直的坐标条件建立方程证明中点
避坑指南:注意审题与运算细节。
📖【试题探源与推广】
Tip
试题探源: 空间向量坐标法、法向量夹角公式
结论推广: 证明点分线段比例可用向量共线与垂直条件。
方法推广: 空间位置关系的证明优先建系坐标化
🔗【关联脉络】
Multi column
知识锚点 (Nodes)
类题演练 (Links)
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