本题导读

考查空间向量与二面角。,,:,; 与 垂直;两面法向量夹角余弦 。

📌【题干】

Question

(2010年湖北卷(文)) 如图,在四面体 中,,,,且 .

(1) 设 为 的中点, 在 上且 ,证明:;

(2) 求二面角 的平面角的余弦值.

🔍【思路分析】

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  1. 以 为原点, 为 轴, 为 轴, 在 面内:,,。
  2. 为 中点:;。
  3. ,,点积 ,故 。
  4. (2) 面 即 面,法向量 ;,,叉积 。
  5. 。

✅【答案】

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(1) 证明见解析

(2)

✍【详细解析】

Abstract

以 为原点建立空间直角坐标系: 所在直线为 轴, 所在直线为 轴, 位于 面内,则 (1) 为 的中点,故 ; 在 上且 ,即 ,故 于是 所以 . 因此 . (2) 平面 即 坐标面,其一个法向量为 . 取 ,,则平面 的一个法向量为 因此二面角 的平面角 满足 故二面角 的平面角的余弦值为 .

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

核心考点:线面垂直与线面角

核心方法:由面面垂直找交线、证线面垂直,再用余弦或几何法求线面角

避坑指南:利用三垂线定理或坐标法证 底面相关线,再求直线与平面所成角,余弦值 。

📖【试题探源与推广】

Tip

试题探源:线面角的求法:找射影,用 或 度量。

结论推广:线面角 满足 ( 为线上点到面的距离);或由方向向量与法向量求。

方法推广:先证垂直关系再求角;线面角是线与它在面内射影所成的锐角。

🔗【关联脉络】

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