本题导读
本题考查二面角及其平面角的定义,以及四点共圆的几何性质。
📌【题干】
Question
(2004年重庆卷(理)) 设 是 60° 的二面角 内一点, 平面 , 平面 , 为垂足, ,则 的长为 ()
A. B. C. D.
🔍【思路分析】
破题导航
- 分析线面垂直的空间射影几何:
- 已知 平面 , 平面 ,棱为 。根据线面垂直的性质,直线 且 。
- 这说明由两条相交直线 和 确定的平面 与二面角的棱 严格垂直。
- 转化空间角为平面角:
- 设平面 与棱 交于点 ,连接 。由于 平面 ,故 且 。根据二面角平面角的定义, 即为二面角 的平面角,大小为 60°。
- 利用平面几何特征解题:
- 在平面四边形 中,由于 ,其对角互补。因此, 。
- 此时在 中,已知两邻边 及其夹角 ,直接套用余弦定理即可求出对边 的长度。
✅【答案】
Success
C
✍【详细解析】
Abstract
第一步:空间位置向垂直截面的等价转化 因为 平面 ,而二面角的棱 平面 ,根据线面垂直的定义可知: 同理,因为 平面 ,且棱 平面 ,可知:
由于直线 与 是相交直线,且它们同时垂直于直线 ,根据直线与平面垂直的判定定理可知,棱 严格垂直于由这两条割线所确定的空间平面:
第二步:确定平面四边形的夹角特征 设平面 与二面角的棱 交于定点 ,顺次连接 。 因为 平面 ,且 平面 ,所以:
根据二面角的平面角定义, 即为二面角 的平面角。已知二面角大小为 60°,故:
在同一二维截面平面内的平面四边形 中: 因为 , 。 根据平面四边形内角和定理()或对角互补性质:
第三步:利用余弦定理计算 长度 连接 ,聚焦于截面内的非直角三角形 : 已知两邻边边长为 ,它们的夹角为 。 根据平面斜三角形的余弦定理,对边 的等解式为:
代入具体的代数数值进行控算,注意 :
对结果开平方根,由于长度取正值:
故选 C
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:由两线垂直转化线面垂直的射影原理;二面角平面角的规范几何判定法;共面多边形对角互补性质的应用;平面三角形余弦定理的解析控算。
- 核心方法:垂直截面化归法、余弦定理代入法。
- 避坑指南:
- 错将顶角 直接当作 60°:部分学生空间想象力不足,错把二面角的平面角 60° 强行按挪给 。必须牢记由垂直带来的对角互补法则,四边形中两个直角占了 ,剩下两个角之和必须是 ,故其夹角为钝角 。
- 余弦定理变项符号弄错:在代数控算中,由于 为负数,公式自带的减号与其相乘变为加号(即 ),极易因为粗心错算成减法。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 试题探源: 本题是考查立体几何“面面射影法与点线距离控制”的最标准大纲经典选择题,属于中等难度常规题。
- 结论推广: 从点 向二面角 的两个面分别作垂线,垂足为 ,则 (两垂线夹角与二面角互补, 前的符号需结合具体位置确定)。
🔗【关联脉络】
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