本题导读

考查线面垂直与二面角。建系后 即 ;等边时 ,将两面向 的垂面投影算得 ,。

📌【题干】

Question

(2008年大纲卷I(文)) 四棱锥 中,底面 为矩形,侧面 底面 ,,,.

(1)证明:;

(2)设侧面 为等边三角形,求二面角 的大小.

🔍【思路分析】

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  1. 以 为原点建系:、、、。
  2. 侧面 底面且交线为 ,故平面 为 ; 给出 。
  3. (1) 与 无关,直接计算数量积为零。
  4. (2)等边时 ;取 ,把 、 投影到与 垂直的平面,两投影向量夹角即二面角。

✅【答案】

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(1)证明见解析;(2)

✍【详细解析】

Abstract

建立空间直角坐标系,令 ,,,. 底面在平面 内,且平面 与底面垂直并包含 ,所以可令平面 为 . 由 ,点 在 的垂直平分面内,故设 ,其中 . 于是 ,,从而 所以 . (2)当侧面 为等边三角形时,,故等边三角形的高为 ,即 ,从而 . 设 为二面角 的大小,取 ,,. 将 和 分别投影到垂直于 的平面内,所得向量就是两个半平面内与棱垂直的方向. 直接计算得 ,,,. 因此 从而 于是 故 .

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

核心考点:四棱锥的垂直证明与二面角

核心方法:;投影法

避坑指南:面面垂直给建系合法性(平面 即 );垂直证明与参数 无关可直接算;二面角用”投影到棱的垂面”法,两投影向量夹角即所求。

📖【试题探源与推广】

Tip

试题探源:四棱锥”垂直 + 二面角”是大题标准结构,2009 大纲Ⅰ文第 19 题、2010 大纲Ⅰ文第 20 题同型。

结论推广:面面垂直性质;(投影公式);。

方法推广:建系后先写全坐标;二面角用投影法可避免求法向量,注意 为负说明是钝二面角,直接保留 形式。

🔗【关联脉络】

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