本题导读

本题考查圆锥的结构特征。

📌【题干】

Question

(1977年黑龙江卷(理)) 解下列各题: (1) 圆锥的高为 ,母线和底面半径成 角,求它的侧面积.

(2) 求过点 且与直线 垂直的直线方程.

🔍【思路分析】

破题导航

  1. 圆锥的高 、底面半径 和母线 构成一个直角三角形(轴截面的一半)。
  2. 题干“母线和底面半径成 角”,即该直角三角形中母线(斜边)与底面半径(邻边)的夹角为 。
  3. 解直角三角形:
  • 由 求母线 ;
  • 由 (或勾股定理)求底面半径 。
  1. 代入侧面积公式 。

  2. 方法一(斜率法):

  • 将已知直线 化为斜截式,得斜率 。
  • 由两直线垂直的条件 ,得目标直线斜率 。
  • 过点 ,用点斜式 化简为一般式。
  1. 方法二(垂直直线系法):
  • 与直线 垂直的直线系可设为 。

  • 本题设目标直线为 ,即 。

  • 代入点 求出待定系数。

✅【答案】

Success

✍【详细解析】

Abstract

  • 第一步:作轴截面,得直角三角形 设圆锥的顶点为 ,底面圆心为 ,底面圆周上任意一点为 。则 为圆锥的高, 为底面半径 , 为圆锥的母线 。

在直角三角形 中, 。 已知圆锥的高: 母线 与底面半径 的夹角:

  • 第二步:求母线 和底面半径

  • 求母线 : 由正弦定义: 代入 :

  • 求底面半径 : 由正切定义: 代入 :

  • 第三步:代入侧面积公式 圆锥侧面积公式:

代入 :

所以,圆锥的侧面积为:

方法一:斜率法

  • 第一步:求已知直线的斜率 将已知直线方程 化为斜截式: 所以斜率:

  • 第二步:由垂直关系求目标直线斜率 设目标直线斜率为 。两直线垂直,斜率之积满足: 解得:

  • 第三步:用点斜式写方程 目标直线过点 ,斜率为 :

两边乘 2:

移项整理为一般式(使 前系数为正):


方法二:垂直直线系法

  • 第一步:设垂直直线系 与直线 垂直的直线,、 的系数对调并变号,可设为:

  • 第二步:代入定点求常数 直线过点 : 解得:

  • 第三步:写出方程 代入 :

所以,所求直线的方程为:

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  1. 核心考点:圆锥轴截面中的直角三角形、特殊角三角函数、圆锥侧面积公式。
  2. 核心方法:轴截面法。
  3. 避坑指南:
  • 易错点(错记侧面积公式):容易把圆锥侧面积错记为 ,或错套成全面积 。圆锥侧面展开图是扇形,弧长为底面圆周长 ,半径为母线 ,故 。

  • 角度错位:审清 是母线与底面半径的夹角,不是母线与高的夹角,看错会导致 与 比例颠倒。

  1. 核心考点:两直线垂直的判定、一般式与点斜式互化。
  2. 核心方法:垂直直线系待定系数法。
  3. 避坑指南:
  • 符号易错:用 时,容易只取倒数而忘记变号(误算成 )。两直线垂直时斜率互为负倒数。

  • 书写规范:结果一般化为一般式 ,并尽量使首项系数 为正。

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源: 本题为立体几何中圆锥侧面积的基础题,考查轴截面与解直角三角形。

  2. 结论推广: 高为 、母线与底面半径夹角为 的圆锥,由轴截面中的直角三角形: 本题 ,代入得 。

  3. 试题探源: 本题为“直线与方程”中两直线垂直的基础题。

  4. 结论推广: 直线 的法向量为 。与它垂直且过定点 的直线方程为 本题 ,代入得 ,化简为 。

🔗【关联脉络】

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