本题导读
本题是立体几何的综合题。第一问考查线面垂直的判定,核心在于寻找线线垂直;第二问考查二面角的求解,通过建立空间直角坐标系,利用法向量的夹角公式进行定量计算。
📌【题干】
Question
(2014年广东卷(理)) 如图 4,四边形 为正方形, 平面 ,, 于点 , 交 于点 .
(1) 证明: 平面 ;
(2) 求二面角 的余弦值.
🔍【思路分析】
破题导航
- 第一问:要证 平面 ,需在平面 内找两条相交直线与 垂直。已知 ,故只需证 。由于 平面 且 平面 ,可得 ,结合正方形性质 ,即可证得 平面 ,从而得到 。
- 第二问:
- 建立坐标系:以 为原点, 所在直线分别为 轴建立空间直角坐标系。
- 求点坐标:设正方形边长为 1,利用 求出 长度,再根据 及平行关系求出 点坐标。
- 求法向量:分别求出平面 和平面 的法向量。
- 计算余弦值:利用法向量夹角公式计算二面角的余弦值。
✅【答案】
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平面 的法向量;平面 的法向量;计算
✍【详细解析】
Abstract
(1) 证明: 平面 因为 平面 , 平面 ,所以 。 又四边形 是正方形,所以 。 因为 ,所以 平面 。 由于 平面 ,所以 。 又已知 ,且 , 所以 平面 。 由于 共线,故 平面 。
(2) 求二面角 的余弦值 设 ,在 中,,, 得 ,。 由(1)知 ,在 中, 是斜边 上的高, 在 中,由 得 。 故 。
建立如图所示的空间直角坐标系,则: 。
- 平面 的法向量:由(1)知 是平面 的一个法向量。
- 平面 的法向量:设 。 。 由 。 由 ,令 ,得 。 故 。
- 计算: 二面角 为锐角,故余弦值为 。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
核心考点:线面垂直判定与二面角求法。
核心方法:证 平面 得 平面 ;建系求法向量算二面角余弦。
避坑指南:注意审题与运算细节。
📖【试题探源与推广】
Tip
试题探源: 线面垂直判定定理与空间向量法。
结论推广: 证线面垂直需平面内两条相交直线都垂直该线。
方法推广: 二面角余弦用两平面法向量夹角计算。
🔗【关联脉络】
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类题演练 (Links)
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