本题导读
本题考查圆锥的基本度量关系。通过侧面积与底面积的倍数关系,推导出母线长与底面半径的比例,进而利用直角三角形性质求出夹角的反三角函数表示。
📌【题干】
Question
(2014年上海卷(理)) 若圆锥的侧面积是底面积的 倍,则其母线与底面夹角的大小为 (结果用反三角函数值表示).
🔍【思路分析】
破题导航
- 建立等量关系:设圆锥底面半径为 ,母线长为 。根据题意列出侧面积 与底面积 的比例方程。
- 推导比例:利用公式 和 求出 与 的数量关系。
- 构造直角三角形:在圆锥的轴截面中,母线、底面半径以及圆锥的高构成直角三角形。母线与底面的夹角 的邻边为 ,斜边为 。
- 反三角表示:计算 ,并将其写成反余弦函数形式。
✅【答案】
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✍【详细解析】
Abstract
第一步:利用面积关系求母线与半径的比值 设圆锥的底面圆半径为 ,母线长为 。 由题意可知: 代入圆锥面积公式: 由于 ,两边同时约去 得:
第二步:计算夹角的余弦值 在由高、底面半径、母线组成的直角三角形中,母线与底面所成的角为 。 根据三角函数的定义: 将 代入上式得:
第三步:得出结论 由于 是直角三角形中的锐角,利用反三角函数表示为:
故答案为
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
核心考点:圆锥的侧面积与底面积公式、母线与底面夹角的计算。
核心方法:由 得 ,再在轴截面中用 求夹角。
避坑指南:结果要求使用反三角函数。虽然可以通过勾股定理求出高 从而写出 或 ,但直接利用已知比例求余弦值并写作 是最简便的路径。
📖【试题探源与推广】
Tip
试题探源: 圆锥的轴截面面积、侧面展开图扇形的圆心角。
结论推广: 若圆锥侧面积是底面积的 倍,则母线与底面夹角的余弦值恒为 。
方法推广: 涉及旋转体(圆柱、圆锥、圆台)的度量问题,通常将其转化为轴截面内的平面几何问题求解。
🔗【关联脉络】
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