本题导读
本题考查空间位置关系的证明。核心在于几何运算法、空间向量法的灵活运用。
📌【题干】
Question
(2018年全国卷I理)如图,四边形 为正方形, 分别为 的中点,以 为折痕把 折起,使点 到达点 的位置,且 .
(1) 证明:平面 平面 ;
(2) 求 与平面 所成角的正弦值.

🔍【思路分析】
破题导航
- 第一问(面面垂直):
- 目标:证明平面 平面 。
- 关键寻找线面垂直:观察发现 (正方形性质)且 (已知条件)。
- 结论:由于 都在平面 内且相交,故 平面 。再根据面面垂直判定定理即可得证。
- 第二问(线面角):
- 折叠性质:折叠前 ,折叠后 (或通过 的长度关系判定)。
- 建系:由(1)知平面 基面,可作 于 ,则 平面 。以 为原点建立空间直角坐标系。
- 坐标计算:计算点 的坐标,求出向量 。平面 的法向量可取 。
- 求角:。
✅【答案】
点击查看答案
(1) 证明见解析
(2)
✍【详细解析】
Abstract
(1)证明: 因为四边形 为正方形, 分别为 的中点, 所以 ,且 。 即 。 又已知 ,且 , 平面 。 所以 平面 。 又因为 平面 , 所以 平面 平面 。
(2)解: 设正方形棱长为 2。则 ,,。 在 中,,。 由于平面 平面 ,且 为交线。 在平面 内,作 于 ,则 平面 。 在 中,易知 。 因为 ,所以 是直角三角形,且 。 由等面积法或射影定理可得: 。 。 以 为坐标原点, 方向为 轴, 点在平面 内垂直于 的方向为 轴, 方向为 轴,建立空间直角坐标系。
则 ,,,。 向量 。 平面 的一个法向量为 。 设 与平面 所成的角为 ,则: 所以 与平面 所成角的正弦值为 。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 折叠中的垂直关系:折痕 垂直于原平面中的某些直线吗?不一定。但折叠前 这一条件,在折叠后变成了 的隐含条件(本题通过边长关系验证)。
- 建系的择优:在有面面垂直的情况下,以交线上的垂足为原点建系是最方便的。
- 线面角的计算:注意 对应的是向量与法向量夹角的余弦值的绝对值,不要记反公式。
📖【试题探源与推广】
Tip
在 Obsidian 笔记中,可以积累这个 Checklist:
- 不变的量:折叠部分内部的边长、角度、垂直关系。
- 变化的量:折叠部分与未折叠部分之间的夹角、距离、平行/垂直关系。
- 解题切入点:寻找折痕(轴),利用折痕两侧的几何关系建立空间感。
🔗【关联脉络】
Multi column
知识锚点 (Nodes)
类题演练 (Links)
/2018-全国卷I理-18-解答.png)