本题导读

本题考查直三棱柱的几何性质,以及异面直线所成的角。

📌【题干】

Question

(2017年全国卷II(理)) 已知直三棱柱 中,,,,则异面直线 与 所成角的余弦值为 ()

A.       B.       C.       D.

🔍【思路分析】

破题导航

  1. 分析几何体:直三棱柱意味着侧棱垂直于底面,即 平面 。
  2. 选择解题策略:
  • 方案一(空间向量法):以 为原点建立空间直角坐标系。由于 ,坐标轴的选取需要注意(可令 为 轴, 为 轴,再构造 轴)。写出各点坐标,利用向量夹角公式求解。
  • 方案二(几何平移法):通过补形或平移,将异面直线转化为相交直线,构造三角形后利用余弦定理求解。
  1. 向量法建模:
  • 设 ,,。
  • 由 可得 。
  • 计算向量 和 的坐标,代入公式 。

✅【答案】

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C

✍【详细解析】

Abstract

解: 第一步:建立空间直角坐标系 以 为坐标原点,射线 为 轴正方向,射线 为 轴正方向。 在平面 内,作 ,建立空间直角坐标系 。 各点坐标如下:

  • ,,,。
  • 对于点 ,由于 ,,则 在 平面内的坐标为 ,即 。

第二步:计算向量坐标

  • 。
  • 。

第三步:利用数量积求夹角余弦值 设异面直线 与 所成的角为 ,则: 计算分子:。 计算分母:; 。 代入公式: 故选 C

![](Pasted image 20260325085942.png)

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  • 直三棱柱的性质:侧棱与底面垂直是建立坐标系的基础。
  • 建系的技巧:遇到非直角的底面(如 ),通常利用三角函数定义确定点的坐标,比纯几何辅助线法更具通用性。
  • 异面直线成角范围:异面直线所成角的范围是 ,因此向量公式分子务必加绝对值。

📖【试题探源与推广】

Tip

1. 几何法验证: 可以通过平移 到 (补齐一个平行四边形)来构造三角形。但本题由于底面角为 ,几何法计算各边长度的过程较为繁琐,向量法在此类“非特殊角”题目中优势明显。

2. 易错点:

  • 坐标确定错误,尤其是点 的坐标。
  • 漏掉向量夹角公式中的绝对值。
  • 基础长度计算错误(如 误记为 1)。

🔗【关联脉络】

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