本题导读

本题考查空间向量。核心在于垂直条件定坐标再算角。

📌【题干】

Question

(2006年山东卷(文)) 如图,已知四棱锥 的底面 为等腰梯形,,, 与 相交于点 ,且顶点 在底面上的射影恰为 点。又 ,,。 (1)求异面直线 与 所成角的余弦值; (2)求二面角 的大小; (3)设点 在棱 上,且 ,问 为何值时, 平面 。

🔍【思路分析】

破题导航

  1. 以 为原点、 为 轴、 为 轴建系:,,,,。
  2. 给 ,等腰给 ; 给 ,;解得 。
  3. (1) ;(2) 两面法向量夹角 ,;(3) ,验证 成立。

✅【答案】

Success

(1)

(2)

(3)

✍【详细解析】

Abstract

在底面内建立直角坐标系,使 为原点, 为 轴, 为 轴,并取竖直方向为 轴。 由 、、,可设 ,,,,。 因为 ,有 。又四边形 为等腰梯形,所以 ,从而 。 由 、 以及 ,得 ,所以 。 结合 和 ,得 ,。 因而 ,,,,。

(1)取 和 分别为两异面直线的方向向量, 则两直线所成的锐角 满足 。

(2)取平面 和平面 的法向量 ,。 于是二面角的平面角 满足 。所以 。

(3)设 将 按 内分,则 。 因为 平面 ,所以 垂直于平面内的直线 。 取 ,则 , 从而 ,故 。 此时 确在棱 上,且 , 从而 ,所以 ,条件成立。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

核心考点:四棱锥空间向量

核心方法:垂直条件定坐标再算角

避坑指南:,结合等腰得 ;异面角 、二面角 、

📖【试题探源与推广】

Tip

试题探源: 源自四棱锥垂直建系,空间向量压轴题

结论推广: 垂直条件定坐标推广到一切锥体建系

方法推广: 是解出底面尺寸的钥匙

🔗【关联脉络】

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