本题导读

本题考查直线与平面垂直的判定。核心在于线面垂直转线线垂直。

📌【题干】

Question

(2006年北京卷(文)) 如图, 是正四棱柱. (1)求证: 平面 ; (2)若二面角 的大小为 ,求异面直线 与 所成角的大小.

🔍【思路分析】

破题导航

  1. 正四棱柱底面是正方形,;侧棱 底面,故 。
  2. 垂直平面 内两相交直线,得线面垂直。
  3. 平移 到 ,异面角化为 ,在 中用余弦定理。

✅【答案】

Success

(1)证明见解析

(2)异面直线 与 所成角的大小为

✍【详细解析】

Abstract

(1)正四棱柱的底面 是正方形,故对角线 ; 又侧棱 底面 , 底面 ,故 . 平面 , 平面 ,且 , 所以 平面 . (2)由 且 ,故 , 异面直线 与 所成角即 (或其补角). 设 ,棱柱高为 ().二面角 的棱为 , 由(1) 平面 ,取 与 的交点 (正方形中心),则 ,, 故 是二面角 的平面角,即 . ,,, 由 (直角三角形 中 )…… 即 ,得 ,故 ,. 在 中:,,, 由余弦定理 . 故异面直线 与 所成角的大小为 .

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

核心考点:正四棱柱线面垂直与异面角

核心方法:线面垂直转线线垂直,异面直线平移共面,余弦定理求角

避坑指南: 平面 由 与 合成;把 平移到 ,求 的余弦

📖【试题探源与推广】

Tip

试题探源: 线面垂直判定与异面直线所成角,立体几何综合题

结论推广: 线面垂直用”垂直于平面内两相交直线”判定;异面角通过平移共面转化为平面角

方法推广: 正四棱柱中对角线与棱的垂直关系丰富,平移 到 是关键构造

🔗【关联脉络】

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