本题导读

本题考查空间向量的应用。核心在于空间向量法、坐标建系法的灵活运用。

📌【题干】

Question

(2017年天津卷(理)) 如图,在三棱锥 中, 底面 ,.点 分别为棱 的中点, 是线段 的中点,,.

(1)求证: 平面 ;

(2)求二面角 的正弦值;

(3)已知点 在棱 上,且直线 与直线 所成角的余弦值为 ,求线段 的长.

🔍【思路分析】

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  1. 建立坐标系:由于 底面 且 ,以 为原点, 方向分别为 轴正方向建立空间直角坐标系。
  2. 写出点坐标:根据长度关系写出 的坐标,进而利用中点公式写出 的坐标。
  3. 第一问(线面平行):求出平面 的法向量 ,证明 。
  4. 第二问(二面角):分别求出平面 和平面 的法向量,利用夹角公式求出余弦值,再转化为正弦值。
  5. 第三问(异面直线角):设 ,表示出 和 ,利用向量夹角余弦值公式列出关于 的方程。

✅【答案】

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第(1)问𝑀𝑁∥平面𝐵𝐷𝐸;第(2)问二面角𝐶−𝐸𝑀−𝑁的正弦值为√10521;第(3)问𝐴𝐻=8

✍【详细解析】

Abstract

解:

依题意,以 为原点建立空间直角坐标系 。 则 。 根据中点性质得:。

(1)证明: 。 设平面 的法向量为 ,则: ,令 ,得 。 又 ,则 。 因为 平面 ,所以 平面 。

(2)求二面角: 易知平面 (即平面 )的一个法向量为 。 设平面 的法向量为 。 。 ,令 ,得 。 。 则 。 所以二面角 的正弦值为 。

(3)求线段长: 设 (),则 。 又 。 。 整理得 ,解得 或 。 所以线段 的长为 或 。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  • 建系的艺术:利用题目中的垂直关系(如 底面)建系可以极大简化坐标计算。
  • 正余弦转换:法向量夹角的余弦值不直接等于二面角的大小(可能是补角),但正弦值在 范围内始终为正且数值相等。
  • 分值分布:此题分值为 13 分。建系写坐标、求法向量、最终计算结果是关键得分点。

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源:待补

  2. 结论推广:待补

  3. 方法推广:待补

🔗【关联脉络】

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