本题导读

本题考查利用空间向量解决立体几何问题。主要考查线面垂直与面面垂直性质的应用、点到平面距离的计算以及二面角的正弦值求法。

📌【题干】

Question

(2010年江西卷(理)) 如图, 与 都是边长为 2 的正三角形,平面 平面 , 平面 ,.

(1)求点 到平面 的距离;

(2)求平面 与平面 所成二面角的正弦值.

🔍【思路分析】

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  1. 取 中点 ,由等边三角形性质得 ,。再结合面面垂直得 平面 。以 为原点建立空间直角坐标系。
  2. 第(1)问:求出平面 的法向量,利用点到平面的距离公式 计算。
  3. 第(2)问:分别求出平面 和平面 的法向量,计算法向量夹角余弦值,进而得出二面角的正弦值。

✅【答案】

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(1)点𝐴到平面𝑀𝐵𝐶的距离为2√155.(2)所求二面角的正弦值为2√5

✍【详细解析】

Abstract

解: 取 中点 ,连接 。 因为 与 均是边长为 2 的正三角形, 所以 ,,且 。

又平面 平面 ,且平面 平面 , 平面 , 所以 平面 。

以 为原点, 所在直线为 轴, 所在直线为 轴, 所在直线为 轴,建立空间直角坐标系 。

由题意得各点坐标为: ,,,,。 因为 平面 ,且 ,所以 。


(1)求点 到平面 的距离: 由坐标可得: ,,。

设平面 的法向量为 ,则: 取 ,解得 ,,故 。

则点 到平面 的距离为:


(2)求平面 与平面 所成二面角的正弦值: 由坐标可得 ,。

设平面 的法向量为 ,则: 取 ,解得 ,,故 。

平面 的一个法向量为 。

设平面 与平面 所成二面角为 ,则:

所以:

故平面 与平面 所成二面角的正弦值为 。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  1. 核心考点:面面垂直的性质定理、建立空间直角坐标系、向量法求点到平面距离、向量法求二面角。
  2. 核心方法:利用面面垂直的性质寻找或关联垂直关系,从而构建三维直角坐标系。
  3. 避坑指南:计算二面角时注意题目要求的是余弦值还是正弦值,向量法直接求得的是余弦值的绝对值,需用 转换。

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源:本题源于高考立体几何解答题标准模式,将两个公共底边的正三角形折叠/垂直拼接,考查建系及向量运算能力。
  2. 结论推广:对两个在公共边垂直的同底多边形,沿交线中点及高线建立直角坐标系是最直接且通用的代数求解路径。

🔗【关联脉络】

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