本题导读

本题考查线面垂直与线线垂直,以及直角梯形中的勾股逆定理。

📌【题干】

Question

(2011年辽宁卷(文)) 如图,四边形 为正方形, 平面 ,,.

(1)证明: 平面 ;

(2)求棱锥 的体积与棱锥 的体积比值.

🔍【思路分析】

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  1. 步骤1:(1)证 平面 得
  2. 步骤2:再在直角梯形内用勾股逆定理证
  3. 步骤3:(2)换底求两个体积

✅【答案】

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(1) 证明见解析

(2) 比值为

✍【详细解析】

Abstract

不妨设 ,则 ,。

(1) 平面 ,,故 平面 ,从而 ,;又 。

在平面 内:,,故 是直角梯形, 为高,,。

计算三边:;;。

因 ,由勾股定理的逆定理,,即 。

又 ,( 平面 ),故 平面 ,而 平面 ,所以 。

垂直于平面 内两条相交直线 ,,故 平面 。

(2)。

求 :换底,视 为高方向的棱——由(1) 平面 ( 垂直于该平面内两条相交直线),故

。

中 ,。

故 。

所求比值为 。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

核心考点:线面垂直的判定与性质;勾股定理的逆定理;等体积法(换底)求棱锥体积

核心方法:把 认出是直角梯形,在平面内用勾股逆定理得 ,配合 平面 完成双垂直;体积用换底把陌生底面换成会算的三角形

避坑指南: 且 底面 底面,这一步是”平行传递垂直”,别漏写; 用的是梯形""之差()而不是 本身; 的底面 不方便直接算,换底成 (以 为高)后 是直角三角形,这是本题体积的命门。

📖【试题探源与推广】

Tip

试题探源:四棱锥垂直与体积题与 2011-新课标卷文-18、2011-陕西卷文-16 同族。

结论推广:推广:平面内”算三边验勾股”是证线线垂直的代数化手段,适用于可量化(长度已知或可设)的图形;棱锥体积换底公式 的本质是等体积法,选”高好算、底面面积好算”的一侧。

方法推广:立体几何证明题:垂直链”线线 线面 线线”循环推进,平面图形(梯形、三角形)内部先解三角形;体积题先想换底。

🔗【关联脉络】

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