本题导读
本题考查正三棱柱,以及异面直线垂直。
📌【题干】
Question
(2011年湖北卷(文)) 如图,已知正三棱柱 的底面边长为 ,侧棱长为 ,点 在侧棱 上,点 在侧棱 上,且 ,.
(1)求证:;
(2)求二面角 的大小.
🔍【思路分析】
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- 步骤1:建系:底面正三角形 + 侧棱垂直底面
- 步骤2:证数量积为零
- 步骤3:二面角用两平面法向量夹角
✅【答案】
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(1)证明见解析
(2)二面角 的大小为
✍【详细解析】
Abstract
建系:,,,,,,,。
(1),。
,故 。
(2)平面 的法向量:,与 叉积得 。
平面 的法向量:,与 叉积得 。
。
两平面夹角(锐)为 ;由图二面角 取锐角,故大小为 。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
核心考点:正三棱柱的坐标化;数量积证异面垂直;法向量求二面角
核心方法:底面正三角形定坐标( 的横坐标取 、纵坐标 ),两个”垂直/角”问题全部向量代数化
避坑指南:、 的高度不同( 与 ),坐标别抄串;二面角的大小要按图形判断取锐还是取钝——本题由图知两半平面张开不足 ,取 ;正三棱柱底面顶点坐标含 ,叉积运算量大,逐项核对。
📖【试题探源与推广】
Tip
试题探源:三棱柱垂直与二面角题与 2012-陕西卷文-18、2012-重庆卷文-20、2013-天津卷文-17 同族。
结论推广:推广: 的几何根源是 与底边 满足”交叉垂直”的代数条件 ;改变 , 时垂直关系等价于 的特定搭配。
方法推广:正三棱柱/长方体类大题:建系优先;垂直证数量积、角算法向量;最后的大小判断看图定锐钝。
🔗【关联脉络】
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