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2014年普通高等学校招生全国统一考试(四川卷):理数第18题

(2014四川卷计算题)

(本小题满分12分)

三棱锥及其侧视图、俯视图如图所示,设分别为线段的中点,为线段上的点,且

(Ⅰ)证明:是线段的中点;

(Ⅱ)求二面角的余弦值。

【出处】
2014年普通高等学校招生全国统一考试(四川卷):理数第18题
【答案】

(Ⅰ)如图,

中点,联结

由侧视图及俯视图知,为正三角形,因此

因为平面内,且

所以平面

因为平面,所以

的中点,连接

分别为线段的中点,所以

因为,所以。因为,所以

因为平面,且,所以平面

又因为平面,所以。又平面平面,所以。因为中点,故

中点。

(Ⅱ)解法一:

如图,作,连接。由(Ⅰ)知,,所以。因为,所以为二面角的一个二面角。

由(Ⅰ)知,为边长为的正三角形,所以。由俯视图可知,平面,因为平面,所以,因此在等腰中,。作,在中,,所以

因为在平面内,,所以。又因为的中点,所以的中点,因此。同理可得。所以在等腰中,。故二面角的余弦值是

解法二:由俯视图及(Ⅰ)可知,平面,因为平面,所以。又,所以直线两两垂直。如图,

为坐标原点,以的方向为轴,轴,轴的正方向,建立空间直角坐标系

。因为分别为线段的中点,又由(Ⅰ)知,为线段的中点,所以。于是

设平面的一个法向量,则从而

,则,所以。设平面的一个法向量,则从而。取,所以。设二面角的大小为,则。故二面角的余弦值是

【解析】

本题主要考查点、直线、平面的位置关系和空间向量的应用。

(Ⅰ)通过作辅助线,找点线面之间的关系求解;

(Ⅱ)两种方法,一种是作出二面角求解,一种是建立空间直角坐标系求解。

【考点】
空间几何体点、直线、平面的位置关系空间向量的应用
【标签】
图解法
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