本题导读

本题考查正四棱锥。核心在于平移法求异面直线所成角。

📌【题干】

Question

(2006年湖南卷(文)) 如图,已知两个正四棱锥 与 的高都是 ,.

(1) 证明: 平面 ;

(2) 求异面直线 与 所成的角;

(3) 求点 到平面 的距离.

🔍【思路分析】

破题导航

  1. (1) 设底面中心 ,两正四棱锥的高都过 且垂直底面, 共线,故 平面 。
  2. (2) ,,对角线互相平分, 为平行四边形,,异面角化为 。
  3. ,,余弦定理 。
  4. (3) 以 为原点建系(底面两边方向为 轴, 为 轴),求平面 的法向量,用点面距公式。

✅【答案】

Success

(1) 证明见解析

(2)

(3)

✍【详细解析】

Abstract

(1)设正方形 的中心为 .两个正四棱锥的高都垂直于底面且过中心 ,故 三点共线,且 平面 , 平面 ,. 所以 平面 .

(2)由 知 为 中点;又 ,即 与 互相平分,故四边形 为平行四边形,. 于是异面直线 与 所成的角即 (或其补角). ,同理 ,. 由余弦定理: 所以异面直线 与 所成的角为 .

(3)以 为原点,底面正方形的两边 、 所在直线方向为 轴、 轴(,,,), 方向为 轴,则 平面 过 ,,, 法向量 ,取 , 平面 的方程为 (代 : ✓,代 : ✓). 点 到平面 的距离 所以点 到平面 的距离为 .

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

核心考点:正四棱锥对顶异面角

核心方法:对称性证 底面;平行四边形 得 ,;等体积法求 到平面 距离

避坑指南:两个正四棱锥共底面对顶, 共线且 ;异面角化相交角,距离用等体积

📖【试题探源与推广】

Tip

试题探源: 正四棱锥对顶拼合,立体几何综合

结论推广: 对称性证垂直,平行四边形化异面角,等体积求距离

方法推广: 对顶双锥:公共底面中心在对角线上,向量/几何双路

🔗【关联脉络】

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