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2022年高考数学浙江19

  2022-12-16 20:48:15  

(15分)如图,已知$ABCD$和$CDEF$都是直角梯形,$AB//DC$,$DC//EF$,$AB=5$,$DC=3$,$EF=1$,$\angle BAD=\angle CDE=60^\circ$,二面角$F-DC-B$的平面角为$60^\circ$.设$M$,$N$分别为$AE$,$BC$的中点.
(Ⅰ)证明:$FN\bot AD$;
(Ⅱ)求直线$BM$与平面$ADE$所成角的正弦值.

分析:(Ⅰ)根据题意证出$FN\bot$平面$ABCD$,即可得证;(Ⅱ)由于$FN\bot$平面$ABCD$,如图建系,求得平面$ADE$的法向量,代入公式即可求解.
证明:$(I)$由于$CD\bot CB$,$CD\bot CF$,
平面$ABCD\bigcap$平面$CDEF=CD$,$CF\subset$平面$CDEF$,$CB\subset$平面$ABCD$,
所以$\angle FCB$为二面角$F-DC-B$的平面角,
则$\angle FCB=60^\circ$,$CD\bot$平面$CBF$,则$CD\bot FN$.
又$CF=\sqrt{3}(CD-EF)=2\sqrt{3},CB=\sqrt{3}(AB-CD)=2\sqrt{3}$,
则$\Delta BCF$是等边三角形,则$CB\bot FN$,
因为$DC\bot FC$,$DC\bot BC$,$FC\bigcap BC=C$,$FC\subset$平面$FCB$,$BC\subset$平面$FCB$,
所以$DC\bot$平面$FCB$,因为$FN\subset$平面$FCB$,所以$DC\bot FN$,
又因为$DC\bigcap CB=C$,$DC\subset$平面$ABCD$,$CB\subset$平面$ABCD$,
所以$FN\bot$平面$ABCD$,因为$AD\subset$平面$ABCD$,故$FN\bot AD$;
解:(Ⅱ)由于$FN\bot$平面$ABCD$,如图建系:

于是$B(0,\sqrt{3},0),A(5,\sqrt{3},0),F(0,0,3),E(1,0,3),D(3,-\sqrt{3},0)$,则$M(3,\dfrac{\sqrt{3}}{2},\dfrac{3}{2})$,
$\overrightarrow{BM}=(3,-\dfrac{\sqrt{3}}{2},\dfrac{3}{2}),\overrightarrow{DA}=(2,2\sqrt{3},0),\overrightarrow{DE}=(-2,\sqrt{3},3)$,
设平面$ADE$的法向量$\overrightarrow{n}=(x$,$y$,$z)$,
则$\left\{\begin{array}{l}{\overrightarrow{n}\cdot \overrightarrow{DA}=0}\\ {\overrightarrow{n}\cdot \overrightarrow{DE}=0}\end{array}\right.$,$\therefore$$\left\{\begin{array}{l}{2x+2\sqrt{3}y=0}\\ {-2x+\sqrt{3}y+3z=0}\end{array}\right.$,令$x=\sqrt{3}$,则$y=-1$,$z=\sqrt{3}$,
$\therefore$平面$ADE$的法向量$\overrightarrow{n}=(\sqrt{3},-1,\sqrt{3})$,
设$BM$与平面$ADE$所成角为$\theta$,
则$\sin \theta =\dfrac{\vert \overrightarrow{BM}\cdot n\vert }{\vert \overrightarrow{BM}\vert \vert n\vert }=\dfrac{5\sqrt{7}}{14}$.
点评:本题考查了线线垂直的证明和线面角的计算,属于中档题.

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