本题导读

本题考查空间向量在立体几何中的应用。核心在于建系后用向量证垂直,用投影向量求二面角,用法向量求点到平面的距离。

📌【题干】

Question

(2004年福建卷(文)) 在三棱锥 中, 是边长为 的正三角形,平面 平面 ,, 为 的中点.

(1) 证明:;

(2) 求二面角 的大小;

(3) 求点 到平面 的距离.

🔍【思路分析】

破题导航

  1. 建系 ;。
  2. 向垂直于 的方向投影,,。
  3. 法向量 ,平面 ,。

✅【答案】

Success

(1) 证明见解析

(2)

(3)

✍【详细解析】

Abstract

建立直角坐标系,取 ,,.由于平面 平面 且 ,点 在平面 内 的中垂线上,且 到 的距离为 ,可取 ,因而 . (1),,,所以 . (2),;,.将 、 分别向垂直于 的方向投影:,.这两个投影分别位于半平面 、 内,且都垂直于棱 ,其夹角 就是所求二面角的平面角:,故 . (3)由 ,可取平面 的一个法向量 ,平面 的方程为 ,即 .点 到平面 的距离为 .

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  1. 核心考点:空间向量与二面角
  2. 核心方法:建系 ;(2) 向垂直于 方向投影,,;(3)法向量 ,
  3. 避坑指南: 在过 中垂面内,高 ;二面角两投影向量夹角余弦为负说明是钝角;距离代平面方程求绝对值

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源: 源于空间向量与二面角、点面距离,教材”空间点线面”
  2. 结论推广: 一般化:二面角可用棱上投影向量法;距离 ;建系后证线线垂直、求投影向量、用法向量求距离

🔗【关联脉络】

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