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2014年普通高等学校招生全国统一考试(大纲卷):理数第19题

(2014大纲卷计算题)

(本小题满分12分)

如图,三棱柱中,点在平面内的射影在上,,,。

(Ⅰ)证明:。

(Ⅱ)设直线与平面的距离为,求二面角的大小。

【出处】
2014年普通高等学校招生全国统一考试(大纲卷):理数第19题
【答案】

解法一:(Ⅰ)因为平面,平面,故平面平面。又,所以平面。连接,因为侧面为菱形,故。由三垂线定理得。

(Ⅱ)平面,平面,故平面 平面,作,为垂足,则平面。又直线平面,因而平面,又直线平面,因而为直线与平面的距离,。因为为的平分线,故。做,为垂足,连结,由三垂线定理得,故为二面角的平面角。由得为的中点,,。所以二面角的大小为。

解法二:以为坐标原点,射线为轴的正半轴,以的长为单位长,建立如图所示的空间直角坐标系。由题设知与轴平行,轴在平面内。

(Ⅰ)设,由题设有,,,则,,,,。由得,即。  ①  于是,所以 。

(Ⅱ)设平面的法向量,则,,即,。因,,故,且。令,则,,点到平面的距离为,又依题设,到平面的距离为,所以。带入①解得(舍去)或。于是。设平面的法向量,则,,即,,,且,令,则,,,又为平面的法向量,故。所以二面角的大小为。

【解析】

本题主要考查空间几何体和空间向量的应用。

解法一:

(Ⅰ)通过三垂线定理证明;

(Ⅱ)通过作图找到二面角的平面角,通过解三角形得出结论。

解法二:

(Ⅰ)建立空间直角坐标系,利用向量数量积为,得出垂直结论;

(Ⅱ)建立空间直角坐标系,求出平面的法向量,通过求法向量的夹角求得二面角。

【考点】
空间向量的应用
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