本题导读
本题考查三棱锥中异面直线所成角的计算。核心技巧是通过取中点构造中位线,将异面直线平移至同一平面内形成三角形,再利用勾股定理和余弦定理进行定量计算。
📌【题干】
Question
(2015年浙江卷(理)) (2015•浙江)如图,三棱锥 中,,,点 分别是 的中点,则异面直线 所成角的余弦值是 .
🔍【思路分析】
破题导航
- 平移找角:寻找或构造平行线,将异面直线 与 转化到同一个三角形中。取 的中点 ,连接 ,则 且 。此时 (或其补角)即为异面直线所成的角。
- 计算边长:
- 在 中计算中线 的长,在 中计算中线 的长。
- 利用中位线性质得到 。
- 在 中利用勾股定理求出 。
- 应用余弦定理:在 中,已知三边长,利用余弦定理求出 。
✅【答案】
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✍【详细解析】
Abstract
第一步:构造平移三角形 取 的中点为 ,连结 。 因为 是 的中点, 是 的中点, 所以 且 。 故异面直线 与 所成的角即为 (或其补角)。
第二步:计算各线段长度
求 和 : 在 中,, 为 中点,则 。 。 同理,在 中,。 所以 。
求 : 在等腰 中, 不成立,需重新审视 。 由于 , 为 中点,则 ,。 在 中(因为 且 并不成立,修正:应是 且 ), 在 中,,且 。 由于 是 中点,。 在 中,。
第三步:余弦定理求解 在 中,。 根据余弦定理:
故答案为:。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:平移法求异面直线角。其步骤为:一作(平移)、二证(指明所成角)、三算(解三角形)。
- 核心方法:利用三角形中位线是平移异面直线的常用手段。
- 避坑指南:计算 时,必须先判定 的形状。本题中 是等腰三角形底边上的中线,故 。
📖【试题探源与推广】
Tip
*结论推广: 若三棱锥的对棱相等,则该三棱锥为长方体的内接四面体,利用补形法(补成长方体)可以更直观地解决度量问题。 *方法推广: 异面直线所成角的范围是 ,若余弦定理算得负值,需取其绝对值。
- 相关知识点:空间坐标系法求角、三垂线定理。
🔗【关联脉络】
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