本题导读

本题考查线面平行。核心在于坐标法证线面平行。

📌【题干】

Question

(2006年辽宁卷(文)) 已知正方形 ,、 分别是边 、 的中点,将 沿 折起,如图所示,记二面角 的大小为 (). (1)证明: 平面 ; (2)若 为正三角形,试判断点 在平面 内的射影 是否在直线 上,证明你的结论,并求角 的余弦值.

🔍【思路分析】

破题导航

  1. 设正方形边长为 ,在平面 内建系, 分别是 中点。
  2. (1),,,,得 ,故 。
  3. 又 平面 且 平面 ,故 平面 。
  4. (2)设折起后 ,由 正三角形及折叠前后长度不变列方程组,解得 ,,,故射影 在直线 ()上。
  5. 取 ,,,作垂直于 的正射影,用 求得 。

✅【答案】

Success

(1)证明见解析

(2)点 在直线 上,

✍【详细解析】

Abstract

(1)设正方形边长为 ,在平面 内建立坐标系,使 ,,,,. 于是 ,故直线 与直线 平行. 又平面 与平面 的交线为 ,且 平面 、 与 不重合,故 平面 ,从而 平面 . (2)设折起后 .因为 为正三角形,且 ,又由折叠前后长度不变知 ,所以 前两式相减得 ,代入后两式得 ,. 因此点 在平面 上的射影为 . 直线 的方程为 且 ,故 在线段 上. 取 ,,. 将 分别在垂直于 的方向上作正射影: , . 由 ,得 ,,. 故二面角 的平面角 满足 .

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

核心考点:折叠问题线面平行二面角

核心方法:坐标法证线面平行,向量正射影求二面角

避坑指南:建系得 证 ;折起后由 正三角形列方程组定 坐标,射影 在 上;二面角用正射影 ;折叠前后长度不变是列方程的根据

📖【试题探源与推广】

Tip

试题探源: 折叠问题中线面关系与二面角,立体几何综合题

结论推广: 折叠前后长度、角度不变,是列方程的根据;建系用向量正射影求二面角

方法推广: 折叠问题的关键是抓住折叠轴上的不变量,用向量法统一定空间角

🔗【关联脉络】

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