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本题实质上求角度和距离,在求此类问题中,要将这些量归结到三角形中,最好是直角三角形,这样有利于问题的解决,此外用向量也是一种比较好的方法.
答案:解法一:(Ⅰ)连结。由已知,是正方形,有。
∵平面,∴是在平面内的射影。
根据三垂线定理,得,则异面直线与所成的角为。
作,垂足为,连结,则
所以为二面角的平面角,.
于是
易得,所以,又,所以。
设点到平面的距离为.
∵即,
∴,即,∴.
故点到平面的距离为。
解法二:分别以为轴、轴、轴,建立空间直角坐标系.
(Ⅰ)由,得
设,又,则。
∵∴
则异面直线与所成的角为。
(Ⅱ)为面的法向量,设为面的法向量,则
∴. ①
由,得,则,即
∴ ②
由①、②,可取
又,所以点到平面的距离
。
点评:立体几何的内容就是空间的判断、推理、证明、角度和距离、面积与体积的计算,这是立体几何的重点内容,本题实质上求角度和距离,在求此类问题中,尽量要将这些量归结于三角形中,最好是直角三角形,这样计算起来,比较简单,此外用向量也是一种比较好的方法,不过建系一定要恰当,这样坐标才比较容易写出来.
考点四 探索性问题
7. (2007年4月济南市)如图所示:边长为2的正方形ABFC和高为2的直角梯形ADEF所在的平面互相垂直且DE=,ED//AF且∠DAF=90°。
(1)求BD和面BEF所成的角的余弦;
(2)线段EF上是否存在点P使过P、A、C三点的平面和直线DB垂直,若存在,求EP与PF的比值;若不存在,说明理由。
解析:1.先假设存在,再去推理,下结论: 2.运用推理证明计算得出结论,或先利用条件特例得出结论,然后再根据条件给出证明或计算。
答案:(1)因为AC、AD、AB两两垂直,建立如图坐标系,
则B(2,0,0),D(0,0,2),
E(1,1,2),F(2,2,0),
则
设平面BEF的法向量
,则可取,
∴向量所成角的余弦为
。
即BD和面BEF所成的角的余弦。
(2)假设线段EF上存在点P使过P、A、C三点的平面和直线DB垂直,不妨设EP与PF的比值为m,则P点坐标为
则向量,向量
所以。
点
评:本题考查了线线关系,线面关系及其相关计算,本题采用探索式、开放式设问方式,对学生灵活运用知识解题提出了较高要求。
8. (2007安徽·文) 如图,在三棱锥中,,,是的中点,且,.
(I)求证:平面平面;
(II)试确定角的值,使得直线与平面所成的角为.
解析:本例