本题导读
本题考查空间向量的坐标运算,以及平面的法向量。
📌【题干】
Question
(2011年江苏卷) 如图,在正四棱柱 中,,,点 是 的中点,点 在 上.设二面角 的大小为 .
(1) 当 时,求 的长;
(2) 当 时,求 的长.
🔍【思路分析】
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- 步骤1:以 为原点建系
- 步骤2:设
- 步骤3:求两平面法向量
- 步骤4:用夹角公式建立关于 的方程
✅【答案】
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(1)
(2)
✍【详细解析】
Abstract
以 为坐标原点,,, 所在直线分别为 轴、 轴、 轴建立空间直角坐标系。
则 ,,,;设 (),则 。
,,。
设平面 的法向量 ,由 , 得 ,;取 ,得 ,。
设平面 的法向量 ,由 , 得 ,;取 ,得 ,。
于是 ,
。
(1)当 时,两平面的法向量垂直,,得 。
此时 ,又 ,所以
。
(2)当 时,,即 。
两边平方:,整理得 ,解得 或 。
由题图, 是棱 上不与 重合的点,故 , 舍去,所以 。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
核心考点:空间直角坐标系的建立;法向量的求解;二面角的向量夹角公式;距离公式
核心方法:空间向量坐标法:把二面角完全代数化,设动点参数 后用夹角公式建立方程
避坑指南:平方产生的根 对应 与 重合,与题图” 在棱 上”的构图不符,必须依题意舍去;二面角余弦取两法向量夹角余弦的绝对值。
📖【试题探源与推广】
Tip
试题探源:空间向量与二面角综合题,与 2013 年江苏卷第 22 题、2017 年江苏卷第 22 题同族。
结论推广:在柱体中由二面角反求动点参数,可统一为”法向量含参 → 夹角方程 → 一次或二次方程”的代数流程。
方法推广:空间向量法求角四步走:建系 → 写坐标 → 求法向量 → 代夹角公式;含动点时先设参数并写明取值范围,最后按题图取舍根。
🔗【关联脉络】
Multi column
