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2019年高考数学新课标3--理19

(2019新课标Ⅲ卷计算题)

(分)图是由矩形,和菱形组成的一个平面图形,其中,,。将其沿,折起使得与重合,连结,如图。

(1)证明:图中的,,,四点共面,且平面平面;

(2)求图中的二面角的大小。

【出处】
2019年普通高等学校招生全国统一考试(新课标Ⅲ卷):理数第19题
【答案】

(1)因为四边形为矩形,所以与平行且相等。

又因为四边形为菱形,所以与平行且相等。

所以图中,与平行且相等,四边形为平行四边形,

所以,,,四点共面。

因为四边形为矩形,所以。

又因为为直角,,所以。

又因为,所以平面。

又因为平面,所以平面平面,

所以,,,四点共面,且平面平面。

(2)过点作直线垂直于平面。

建立以为原点,所在直线为轴,所在直线为轴,过点垂直于平面的直线为轴的空间直角坐标系,如图所示。

由(1)可知,平面,

所以平面所在面即为面,且即为平面的法向量。

又因为,则,

因为,且四边形为菱形,。

过点作垂直于轴于点,

则,,

则,,

则,

由此可得,。

设平面的法向量为,

因为,,

则

可得

取,则,,即。

又因为为平面的法向量,

设二面角为,由图可知,

则,

所以,则二面角为。

【解析】

本题主要考查点、直线、平面的位置关系、空间直角坐标系以及空间向量的应用。

(1)由矩形性质可知且,又因为与重合且相等,则且,点,,,可组成平行四边形,则四点共面;因为四边形为矩形,为直角三角形,则,,又因为,所以平面,又因为平面,所以题目得证。

(2)过点作直线垂直于平面,则建立以为原点,所在直线为轴,所在直线为轴,过点垂直于平面的直线为轴的空间直角坐标系,因为平面,则即为平面的一个法向量。设平面的一个法向量为,由,即可求得,从而的到二面角的余弦值,由特殊角的余弦值可知二面角为。

【考点】
点、直线、平面的位置关系空间直角坐标系空间向量的应用
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