本题导读
本题考查正方体中的垂直关系与二面角。核心在于建系用向量证垂直,再由体积最值求二面角。
📌【题干】
Question
(2001年上海卷(文)) 在棱长为 的正方体 中,、 分别是棱 、 上的动点,且 .
(1) 求证:;
(2) 当三棱锥 的体积取得最大值时,求二面角 的大小(结果用反三角函数表示).
🔍【思路分析】
破题导航
- 建系,设 ,用向量内积证垂直。
- 用体积公式求 的最大值。
- 在最大值处求二面角的平面角。
✅【答案】
Success
(1) 证明略()
(2)
✍【详细解析】
Abstract
(1) 建立空间直角坐标系,取 ,,,,竖直方向为 轴,则 ,.设 (),则 ,.于是 ,,故 ,所以 . (2) 设 ,则 ,且 ,故 .点 到底面 (即平面 )的距离为 ,故三棱锥体积 .由 (当且仅当 取等),体积最大时 、 分别为 、 的中点,此时 .在直角 中作 于 ,则 .平面 ,故二面角 的平面角为 .在直角 中,,故 ,所以二面角的大小为 .
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
核心考点:正方体垂直与二面角
核心方法:建系设 ,、,内积 证垂直;体积 在 最大,二面角
避坑指南:建系向量证垂直 + 体积最值求二面角
📖【试题探源与推广】
Tip
试题探源:源于教材空间向量与二面角
结论推广:一般地,,二面角用垂面找平面角
方法推广:建系证垂直 + 体积最值求二面角
🔗【关联脉络】
Multi column