本题导读
本题考查空间直角坐标系的建立。核心在于空间向量法的灵活运用。
📌【题干】
Question
(2018年天津卷理)如图, 且 ,, 且 , 且 , 平面 ,.
(1) 若 为 的中点, 为 的中点,求证: 平面 ;
(2) 求二面角 的正弦值;
(3) 若点 在线段 上,且直线 与平面 所成的角为 ,求线段 的长.
🔍【思路分析】
破题导航
- 建立坐标系:观察条件 且 平面 ,说明 两两垂直。以 为原点,分别以 方向为 轴建立空间直角坐标系。
- 确定点坐标:利用长度关系(,其余按比例缩放)写出 及中点 的坐标。
- 第一问:线面平行:求出平面 的一个法向量 ,证明 ,且 平面 。
- 第二问:二面角:分别求出平面 和平面 的法向量 ,计算两法向量夹角的余弦值,再换算为二面角的正弦值。
- 第三问:线面角求点位置:设 ,写出 。已知平面 的法向量(即 方向),利用线面角公式 列方程解出 。
✅【答案】
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(1) 证明见解析
(2)
(3)
✍【详细解析】
Abstract
解: 依题意,以 为原点,分别以 的方向为 轴的正方向建立空间直角坐标系。 可得各点坐标为:。 由于 且 ,得 。 由于 且 ,得 。 中点坐标:。
(1)证明: 。 设 为平面 的法向量,则 。 令 ,则 ,得 。 又 ,则 。 因为直线 平面 ,所以 平面 。
(2)解: 。 设平面 的法向量 ,由 得 。 设平面 的法向量 ,由 得 。 。 则 。 所以,二面角 的正弦值为 。
(3)解: 设 (),则 。 平面 与 平面重合,其法向量可取为 。 设直线 与平面 所成角为 ,则: 。 由 ,得 。 解得 。 所以,线段 的长为 。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 坐标系建立的基准:寻找图形中的“三垂线”结构是坐标法的核心。本题中 点出的三条射线是天然的坐标轴。
- 法向量的选取:法向量不唯一,尽量选取分量中含有 0 或 1 的最简向量以减少后续计算负担。
- 角度关系的转换:
- 二面角的余弦值对应法向量夹角的余弦值(注意判断锐钝)。
- 线面角的正弦值对应线方向向量与面法向量夹角的余弦绝对值。
🚀 【下一步建议】 需要我继续录入 第 18 题(解析几何:椭圆综合题) 的解析代码吗?
📖【试题探源与推广】
Tip
试题探源:待补
结论推广:待补
方法推广:待补
🔗【关联脉络】
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