本题导读
本题考查空间直角坐标系,以及直线的向量参数方程。
📌【题干】
Question
(2020年上海卷)在棱长为 10 的正方体 中, 为左侧面 上一点,已知点 到 的距离为 3, 到 的距离为 2,则过点 且与 平行的直线相交的面是( )
A. B. C. D.
🔍【思路分析】
破题导航
- 建立坐标系:以 为原点, 分别为 轴正方向建立空间直角坐标系。
- 确定关键点坐标:根据正方体棱长为 10,确定 的坐标,从而得出方向向量 。
- 确定点 坐标: 在平面 上。利用到两边的距离确定其 (到 的距离)和 (到 的距离)分量。
- 列出直线方程:写出过 且以 为方向向量的直线参数方程。
- 判定交面:分别检验直线与各个侧面及底面方程(如 等)的交点,看交点坐标是否落在该正方形面上(坐标范围在 内)。
✅【答案】
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D
✍【详细解析】
Abstract
第一步:建立坐标系与点定位 建立空间直角坐标系 。 则 。 方向向量 。 简化方向向量为 。
第二步:确定点 坐标 点 在左侧面 (即 平面)内。
- 到 ( 轴)的距离为 2 。
- 到 (直线 )的距离为 3 。 故 点坐标为 。
第三步:写出直线参数方程 设直线 上的动点为 ,则:
第四步:检验各面交点
- 检验面 (平面 ): 令 。 代入得 。 因为 ,交点不在该正方形面内,排除 B。
- 检验面 (平面 ): 令 。 代入得 。 因为 ,交点不在该正方形面内,排除 C。
- 检验面 (平面 ): 令 。 代入得 。 由于 且 ,交点 恰好落在正方形 内。 符合条件 D。
最终答案为:D
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 坐标法的威力:立体几何中的平行、垂直及相交问题,在建立坐标系后转化为代数运算,极大地降低了空间想象难度。
- 范围判定:直线与“面”相交不代表与“正方形区域”相交。必须检查交点的三个坐标是否都在 范围内。
- 上海卷特色:这类题型考查对空间位置关系的定性理解与定量验证的平衡,是中档题的典型代表。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 结论的推广:
- 若直线方向向量三个分量均不为 0,则该直线必与正方体互不平行的三个面(或其延长面)相交。
- 方法的推广:
- 向量参数方程法:这是处理空间直线与复杂几何体相交问题的通用模板。通过调节参数 的取值,可以遍历直线上的所有点。
- 相关知识点:
- 线面平行:若直线方向向量与平面的法向量数量积为 0,则线面平行。
- 投影性质:点 到各棱的距离实际上就是该点坐标在对应坐标轴上的射影。
🔗【关联脉络】
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