本题导读

本题考查正方体的几何性质,以及二面角的平面角。

📌【题干】

Question

(2011年大纲卷(理)) 已知点 分别在正方体 的棱 上,且 ,,则面 与面 所成的二面角的正切值等于.

🔍【思路分析】

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  1. 设正方体棱长为 3 便于计算,根据比例求出 与 的长度。
  2. 建立空间直角坐标系,写出点 的坐标,求出平面 的法向量。
  3. 选取底面 的法向量 ,求出两法向量夹角的余弦值,进而换算为正切值。

✅【答案】

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✍【详细解析】

Abstract

不妨设正方体的棱长为 。 以 为坐标原点,分别以射线 为 轴、 轴、 轴的正半轴建立空间直角坐标系。 由题设: ,则 ; ,则 ; 点 在 轴上,坐标为 。 底面 即为 平面,其法向量可取 。 求平面 的法向量 : , 。 设 ,则:

令 ,解得 ,。 故平面 的一个法向量为 。 设面 与面 所成的二面角为 (),则: 。 由于 , 所以: 。

故答案为:。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  • 核心考点:二面角的平面角求解、法向量夹角公式 。
  • 核心方法:空间坐标法设适当棱长整数化坐标。
  • 避坑指南:最终所求为二面角的“正切值”而非“余弦值”,务必注意换算;二面角范围约定为锐角或直角时正切值为正。

📖【试题探源与推广】

Tip

  • 试题探源:立体几何截面倾角计算模型,通过截线比例考查三维空间方位。
  • 结论推广:若平面截直三棱柱/直四棱柱的侧棱所截高度分别为 ,可利用射影面积法 快速求二面角余弦。

🔗【关联脉络】

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