本题导读
本题考查线面垂直的判定。核心在于建系法、向量法的灵活运用。
📌【题干】
Question
(2012年大纲卷(文)) 如图,四棱锥 中,底面 为菱形, 底面 ,,, 是 上的一点,.
(1)证明: 平面 ;
(2)设二面角 为 ,求 与平面 所成角的大小.(本小题满分 分)
!
🔍【思路分析】
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与 、 数量积均为 得(1);(2)由二面角 解出底面为正方形,线面角正弦 ,即 。
✅【答案】
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(1)证明见解析
(2)
✍【详细解析】
Abstract
设 。由菱形性质 且 平分两对角线,。
以 为原点、、 所在直线为 轴、 轴,过 垂直于底面的直线为 轴建系:,,,(),。
,故 。
(1);,;,。
故 ,,又 , 平面 ,所以 平面 。
(2),。
平面 的法向量 ;平面 的法向量 。
二面角 为 ,即两半平面互相垂直,:,。
此时 ,底面为正方形,,,平面 的法向量可取 。
。
故 与平面 所成角为 。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
核心考点:线面垂直的判定与证明;二面角;线面角
核心方法:菱形对角线性质建系 → 定比分点求 → 数量积证垂直 → 法向量求角
避坑指南:定比分点 意味着 靠近 ,坐标为 ,别写反;(2)中”二面角为 “的代数条件是两半平面法向量垂直。
📖【试题探源与推广】
Tip
试题探源:棱锥中垂直与空间角综合题,与 2013 年大纲卷理第 19 题、2014 年大纲卷文第 19 题(三垂线与二面角)同族。
结论推广:一般地,“菱形底面 + 侧棱垂直底面”模型中以对角线交点为原点建系可使坐标简洁; 时 。
方法推广:立体几何大题双问结构:(1)用数量积证垂直(不依赖未知量),(2)先由附加条件解出待定参数再求角。
🔗【关联脉络】
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