本题导读

本题考查线面平行的判定。核心在于平行四边形线线平行转化法、等体积变换法(“换底法”)的灵活运用。

📌【题干】

Question

(2024年甲卷文)如图,在以 为顶点的五面体中,四边形 与四边形 均为等腰梯形, , , , , , , 为 的中点.

(1)证明: 平面 ;

(2)求 到平面 的距离.

![](2024-甲卷文-19 解.png)

🔍【思路分析】

破题导航

  1. 分析第(1)问(线面平行证明):
  • 要证明直线 平面 ,根据线面平行的判定定理,只需在平面 内寻找到一条直线与 平行。
  • 观察底面几何体:四边形 是等腰梯形,满足 , 。
  • 已知 是 的中点,故 。结合已知 ,可得 且 。
  • 从而判定四边形 是平行四边形,直接导出对边平行关系 ,即可完成证明。
  1. 分析第(2)问(点面距离计算):
  • 点 到平面 的距离直接作垂线极其困难。在立体几何中,求点面距离最核心、最稳健的通法是等体积变换法(“换底法”)。
  • 将该空间距离视作三棱锥 (即三棱锥 )中以 为底面时的高 。满足体积恒等结构:
  • 第一步:求 : 取 的中点 ,由于底面是等腰梯形,可以推导出 。通过已知条件及勾股定理,能进一步证明 底面 ,即 恰好是三棱锥 的高。在底面求出 的面积后,可直接锁定体积。
  • 第二步:求 : 通过空间各段侧棱的勾股定理推导,求出 的三边长。随后利用余弦定理计算夹角,即可求出其面积。
  • 第三步:解出距离 。

✅【答案】

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(1) 证明见解析

(2)

✍【详细解析】

Abstract

🛠 (1)证明: 平面

因为四边形 为等腰梯形,且已知 , 。 由于点 为线段 的中点,所以满足:

又因为已知 ,所以:

在一组对边几何关系中,由于 且 , 根据平行四边形的判定公理,四边形 为平行四边形。

根据平行四边形的对边不变量性质,可得:

又因为直线 平面 ,且直线 平面 , 根据线面平行的判定定理,可证:

🛠 (2)求 到平面 的距离

取 的中点 ,连结 ,, 由已知得, 是边长为 的等边三角形, 是以 为腰的等腰三角形, 则 ,,,,, 因为 , 所以 ,即 , 又 , 所以 平面 , 因为 ,, , 所以 , , 设点 到平面 的距离为 ,因为 , 所以 , ,解得 。 故点 到平面 的距离为 。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  1. 核心考点:立体几何五面体模型的平面性质平移;等体积法 实现未知高度点面距离的空间代换。
  2. 核心方法:等体积法(换底法)。
  3. 避坑指南:
  • 盲目相信纸质资料的残缺解析:市面上部分解析资料在处理第(2)问时,在验证 的勾股定理时发生低级计算错误(如误认为 ),导致后面满盘皆输。请记住:解析几何大题必须亲自在草稿纸上把每一步的数值算合拢,特别是两线段垂直的判定,必须严格执行勾股定理逆定理校验。
  • 运用等体积法求距离时,务必把两个不同底面下的面积分别算准。本题中 恰好是等腰三角形,利用三线合一求高最快。

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源: 本题为2024年全国甲卷高考文科数学第19题(文科立体几何大题)。题目打破了传统的“正方体、长方体、圆柱”等标准规整结构,采用了一个由两个等腰梯形在空间中通过特定倾角组合而成的“不规则五面体”作为载体。第一问着重筛查基础的仿射平行性质,第二问则通过空间多面体的高度正交对称,深度考查考生的空间体积守恒思维。
  2. 结论推广: 在解析几何与射影测度空间中,本题第(2)问使用的核心技术可推广为**“四面体非对称点面距离的等体积测度定理”**: 对于任意空间四面体 ,若顶点 到对棱 的垂直高度为 ,底面内顶点 到对棱 的垂直高度为 ,且平面 与平面 之间的二面角为 。 则该四面体的体积不变量可直接显化表示为关于公用脊线 的代数方程: 。 通过该体积模型,可直接与目标三角形的动态面积进行比值对撞,无需在空间中艰难地寻找和作出实际的垂线段,即可实现各类复杂点面距离的跨步快速求解。

🔗【关联脉络】

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