本题导读
本题考查空间点线面位置关系,以及射影定理与三垂线定理。
📌【题干】
Question
(1988年全国卷(理)) 已知二面角 的平面角是锐角, 是平面 内一点(它不在棱 上),点 是点 在面 上的射影,点 是棱 上满足 为锐角的任一点,那么 ()
A. B. C. D. 与 的大小关系不能确定
🔍【思路分析】
破题导航
- 构造垂直关系: 过点 作 于 。由于 ,由三垂线定理的逆定理可知,。此时 即为二面角 的平面角。
- 比较线段长度: 在 中,斜边 。
- 建立三角函数关系: 过 作棱 的垂线,分析点 在棱 上的任意位置。在 和 中,由于 且 ,可知 和 均为直角三角形,且 。利用公共边 与 的条件比较余切值或正切值,进而确定角度大小。
✅【答案】
Success
A
✍【详细解析】
Abstract
过点 作 于 ,连接 。 因为 平面 ,且 , 由三垂线定理的逆定理得 。 因为 平面 ,所以 是 在平面 内的射影。 又 是平面 内的直线,根据最小角定理,斜线与平面内直线所成的角,不小于其射影与该直线所成的角,即 。 由题设, 为锐角,此时 就是 与 所成的线线角, 就是 与 所成的线线角。又 在平面 内而不在 内, 不是平面 的垂线,故取严格不等号: 故选 A
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点: 空间中斜线与其射影跟平面内直线的夹角关系。
- 核心方法: - 三垂线法: 通过作棱的垂线,建立空间的两重垂直关系,将空间角的大小比较转化为平面直角三角形内的边角关系。
- 射影不变量原理: 平面的一条斜线与平面内直线的夹角,大于或等于该斜线在平面上的射影与该直线的夹角。这里 在面 上的射影为 ,且 是面 内的直线,故有 。由于两夹角均为锐角,且 , 分别为其补角,故钝角方向相反。
- 避坑指南: - 容易混淆“两条直线的夹角”与“实际字母排列的 ”的概念。两直线夹角定义在 之间,而本题中由于 是锐角,其邻补角 才是两斜线与棱所成的锐夹角,从而导致方向大小发生颠倒。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 试题探源: 本题属于立体几何中关于“最小角定理”的经典变形考查。最小角定理指出:平面的斜线与平面内任一直线所成的角,不小于该斜线与它在平面内射影所成的角。
- 结论推广: 设斜线 与平面 所成角为 , 在 内的射影为 , 内有一条直线 且 与 的夹角为 , 与 的夹角为 ,则有: 由此可得 ,在锐角范围内即 ,即斜线与平面内直线的夹角大于或等于射影与该直线的夹角。
🔗【关联脉络】
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