本题导读

立体几何大题。 为 中点, 证 (1); 且 证 (2); 到平面 距离 ,。

📌【题干】

Question

(2009年天津卷(文)) 如图,在四棱锥 中, 平面 ,,且 平分 , 为 的中点,,.

(1)证明: 平面 ;

(2)证明: 平面 ;

(3)求直线 与平面 所成的角的正切值.

🔍【思路分析】

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  1. (1) 为等腰直角三角形, 平分 交 于其中点 ; 为 中位线,,且 平面 。
  2. (2) 等腰三角形三线合一:;又 底面 ,故 平面 。
  3. (3) 到平面 的距离为 ( 为垂足),;,。

✅【答案】

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(1) (2)证明见解析;(3)

✍【详细解析】

Abstract

(1) 因为 且 , 是等腰直角三角形; 平分 ,设 ,则 是 的中点,且 。 在 中,、 分别为 、 的中点,故 是中位线,。 又 平面 , 平面 ,所以 平面 。

(2) 由(1)知 ;又 平面 , 平面 ,故 。 而 ,所以 平面 。

(3) 由(2)知 平面 ,垂足为 ,故 到平面 的距离 。 在等腰直角 中,,故 。 在底面中, 平分 且 ,,可设 ,,则 在角平分线上,(由 ),故 。 设直线 与平面 所成的角为 ,则 故 (由 得 )。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

核心考点:线面平行、线面垂直与线面角

核心方法:中位线证平行 + 三线合一证垂直 + 垂足定线面角

避坑指南: 是 中点由等腰三角形三线合一而来,是三问共同的枢纽;(3) 的垂足就是 ,距离 ,别另找垂足。

📖【试题探源与推广】

Tip

试题探源:四棱锥三问(平行/垂直/角)是立体几何解答题经典骨架。

结论推广: 中位线证 平面 ;、 双垂直证 平面 。

方法推广:线面角用定义:, 为 到平面的距离。

🔗【关联脉络】

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