本题导读

本题考查面面垂直、异面直线所成角与二面角的求解。

📌【题干】

Question

(2005年全国卷I(文)) 已知四棱锥 的底面为直角梯形,,, 底面 ,且 , 是 的中点.

(1)证明:面 面 ;

(2)求 与 所成的角;

(3)求面 与面 所成二面角的大小.

🔍【思路分析】

破题导航

1.(1), 得 ;又 底面得 ,故 面 ,从而面面垂直。 2.(2)以 为原点建系,用 。 3.(3)求平面 与平面 的法向量,夹角余弦取绝对值后结合图形定钝角。

✅【答案】

Success

(1) 证明见解析;(2) ;(3)

✍【详细解析】

Abstract

【注】原卷题干印作"",其中""系""的排印错误(图中无 点,直角梯形 且 ,依答案节与通行版本按 录入,即 ,). (1)因 ,,故 ,; 又 底面 , 底面,故 . ,且都在平面 内,故 平面 . 又 平面 ,故平面 平面 . (2)以 为原点、、、 所在直线为 、、 轴建系( 沿 轴正方向、 沿 轴正方向),则 ,,,,. ,, . 故 与 所成的角为 . (3) 为 中点,. 平面 :,,法向量 ; 平面 :,,法向量 . . 结合图形,二面角 为钝二面角,其大小为 .

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

核心考点:四棱锥垂直与角

核心方法:以 为原点建系:、、、、、;面面垂直用线面垂直传递,两个角用法向量夹角

避坑指南:直角梯形中 、(原卷""系""误植);二面角的法向量夹角余弦为负说明二面角是钝角,按题意取

📖【试题探源与推广】

Tip

试题探源:源于线面垂直与面面垂直的传递、异面直线所成角与二面角,教材”空间中的位置关系”综合题

结论推广:一般化:底面为直角梯形、侧棱垂直于底面的四棱锥,建系后所有角都可用坐标表示

方法推广:立体几何大题先证明垂直关系打基础,再建系;两类角都可用向量法统一处理

🔗【关联脉络】

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