本题导读

本题考查线面平行的判定。核心在于几何法(线面平行判定)、空间向量坐标法的灵活运用。

📌【题干】

Question

(2024年甲卷理)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)求二面角 的正弦值.

![](2024-甲卷理-19 解.png)

🔍【思路分析】

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  1. 第一问(证明平行):利用 且 ,而 是 的中点( ),判定四边形 为平行四边形。由此得到 ,再依据线面平行的判定定理得出结论。
  2. 第二问(求二面角):通过平面几何知识求出底面 各点相对位置,以 为原点建立空间直角坐标系。设出点 的坐标,利用已知的空间线段长度( )反解出点的绝对坐标,进而求出平面 和平面 的法向量,最后利用法向量夹角公式计算二面角的正弦值。

✅【答案】

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(1) 证明见解析

(2)

✍【详细解析】

Abstract

(1)证明: 因为 且 , 为 的中点, 所以 。 则 且 , 所以四边形 为平行四边形。 故 。 又因为 平面 , 平面 , 所以 平面 。

(2)解: 第一步:确定几何体结构并建系

![](Pasted image 20260504132931.png)

在等腰梯形 中,。 取 中点 ,连接 ,则 。 通过计算可得,在 中,,但 显然矛盾, 纠正:审题注意 。重新分析梯形 :。 在 中,过 作 于 ,则 ,。 由此得 为原点 ,,,,。

第二步:确定 坐标 在等腰梯形 中, 且 。 设 在底面 上的射影分别为 。 由 ,,可推算出 所在平面与底面的夹角。 经过坐标推算(过程略),得到: 。利用 和 的长度列方程组: 得到 ,。

第三步:计算法向量 。 ,。 设平面 的法向量为 : 。 设平面 的法向量为 : 。

第四步:求正弦值 。 由于二面角 的余弦值的绝对值等于法向量夹角余弦值的绝对值, 。 则 。

故二面角 的正弦值为 。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  1. 核心考点:线面平行的判定定理、利用空间向量求二面角。
  2. 核心方法:几何构造法(通过中点构造平行四边形)、空间直角坐标法。
  3. 避坑指南:建立坐标系前,必须通过边长计算严格证明三维直角关系(如本题通过距离公式反解出 ,进而锁定平面 平面 ),切忌凭直觉直接建系导致坐标定错。注意区分法向量夹角与二面角的关系,题目求的是正弦值,最后务必利用 进行转换。

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源: 本题源自高考立体几何经典模型——多边形的折叠与翻折拼接。背景为等腰梯形的立体翻折,考查空间中的平行、垂直与建系能力。
  2. 结论推广: 在处理含有等腰梯形或中点的立体几何问题时,利用中点构造平行四边形,或取底边中点作为原点建立对称的空间直角坐标系,是化解复杂几何关系的通用方法。若多面体具有对称平面或对称特征边,则优先以对称中心为原点设置未知坐标变量,结合两点间距离公式进行代数简化。

🔗【关联脉络】

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