本题导读

本题考查立体几何/点、线、面位置关系/直。核心在于空间向量法、建立空间直角坐标系的灵活运用。

📌【题干】

Question

(2018年浙江卷)如图,已知多面体 , 均垂直于平面 ,,,,.

(1) 证明: 平面 ;

(2) 求直线 与平面 所成的角的正弦值.

🔍【思路分析】

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  1. 第一问(线面垂直证明):
    • 核心逻辑:证明 垂直于平面内的两条相交直线(如 和 )。
    • 计算长度:利用勾股定理分别算出 等边长的平方。
    • 验证直角:通过 证明 。同理处理另一侧。
  2. 第二问(线面角计算):
    • 建系:由于底面是等腰三角形且 ,取 中点 。由 知 。以 为原点,射线 为 轴, 为 轴,过 作底面垂线为 轴建立空间直角坐标系。
    • 坐标化:确定点 的坐标,进而求出向量 和 。
    • 法向量:求解平面 的法向量 。
    • 公式应用:线面角的正弦值 。

✅【答案】

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(1) 证明见解析

(2)

✍【详细解析】

Abstract

在梯形 中,因为 ,且 。 由勾股定理可得: 。 。 因为 。 由勾股定理逆定理得:。 同理,利用 等条件可证明 。 又 ,且均在平面 内。 故 平面 。

取 中点 ,以 为原点建立如图所示的空间直角坐标系。 在 中,,则 。 可求得 。 点坐标如下: ,,,。 求向量: ,,。 设平面 的法向量为 ,则: 令 ,得 。 设直线 与平面 所成的角为 ,则: 故直线 与平面 所成角的正弦值为 。

💡 【考点总结与回顾】

  • 核心考点:线面垂直的判定定理;空间向量求解线面角。
  • 避坑指南:在求法向量时,确保计算无误;线面角的计算结果是正弦值,对应向量夹角的余弦绝对值。
  • 名师点睛:建立坐标系时,寻找底面相互垂直的直线是关键。若没有现成的垂直关系,利用等腰三角形中线构造垂直是常用技巧。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  1. 核心考点:待补

  2. 核心方法:待补

  3. 避坑指南:待补

📖【试题探源与推广】

Tip

  • 结论推广: 若要求二面角,则需找出两个平面的法向量计算其夹角。
  • 变式思考: 若本题改为求点到平面的距离,可利用向量投影公式 。
  • 相关知识点: 勾股定理、法向量性质、空间向量数量积公式。

🔗【关联脉络】

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