本题导读
本题以正方体为载体,综合考查空间线面位置关系的证明及二面角的探究。第一问利用线线平行推导线面平行;第二问利用空间向量法建立关于参数 的方程,探究二面角为直角的情况。
📌【题干】
Question
(2014年湖北卷(理)) 如图,在棱长为 2 的正方体 中, 分别是棱 的中点,点 分别在棱 上移动,且 .
(1) 当 时,证明:直线 平面 ;
(2) 是否存在 ,使平面 与平面 所成的二面角为直二面角?若存在,求 的值;若不存在,说明理由.
🔍【思路分析】
破题导航
- 第一问(证明平行):
- 几何法:连接 。在正方体中容易证明 。当 时, 为 中点,结合 是 中点,可证明 ,从而得到 ,进而证得线面平行。
- 向量法:建立空间直角坐标系,求出直线 的方向向量和平面 的法向量,证明两向量垂直(且直线不在面内)。
- 第二问(二面角探究):
- 建立坐标系:以 为原点, 分别为 轴建立空间直角坐标系。
- 求法向量:分别求出平面 的法向量 和平面 的法向量 (均含有参数 )。
- 建立方程:二面角为直二面角 。解关于 的方程。
✅【答案】
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所以直线 平面 。;所以存在 ,使两平面垂直
✍【详细解析】
Abstract
(1) 证明(向量法):
以 为坐标原点, 分别为 轴建立空间直角坐标系 。 由棱长为 2 及中点定义知: 。 当 时,。 ,。 可知 ,所以 。 又 平面 , 平面 , 所以直线 平面 。
(2) 解: 设平面 的一个法向量为 。 ,。 由 。 令 ,得 ,故 。
同理,对于平面 ,其点坐标为 。 ,。 设平面 的法向量为 。 由 。 令 ,得 ,故 。
若两个平面所成的二面角为直二面角,则 : 解得 。 因为 均成立, 所以存在 ,使两平面垂直。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
核心考点:线面平行判定与直二面角探究
核心方法:建系证 得线面平行,求两平面法向量令其数量积为 0 解
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: 空间向量法证平行与二面角
结论推广: 直二面角等价于两平面法向量垂直。
方法推广: 可迁移到空间向量法证平行、探究二面角类题
🔗【关联脉络】
Multi column
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类题演练 (Links)
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