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一道立体几何好题,快进来康一康~~

2022-08-09 12:31 作者:求导宗师的线性空间  | 我要投稿

大家好!

今天来给大家分享一道立体几何题

这是up高三期末考试的一道填空题,可以说想在考场上做出来难度不小,全校做出来的人不到百分之一

我们先来看一看原题:

不难看出,这道题主要有以下几个难点:

1.题目条件比较创新,难以找到突破口

2.考生看到图后容易胡思乱想,自己现场编出一种求二面角的方法

3.找到思路后计算量大,过程较为繁琐,容易出错

下面 up 就来给大家介绍两种做法

第一种做法运用了投影的面积性质:一个几何图形在另一平面的投影面积,等于原图形面积乘以两平面夹角的余弦值

如图,过 B 和 C 做平面 %5Calpha%20 的垂线,垂足分别为 B' 和 C'

联结 BCB'C'AC'AB'

于是问题转化为求 %5CDelta%20ABC 和 %5CDelta%20AB%E2%80%99C' 的面积

易知 S%5CDelta%20ABC%3D%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7DAC%5E2%3D%5Cfrac%7B9%7D%7B2%7D

故我们只要求 S%5CDelta%20AB'C'

由题目所给边长以及直线与平面的夹角,可知:

 AC%E2%80%99%3D%5Csqrt%7B6%7D%20AB'%3D%5Csqrt%7B7%7D%20

只要求出 B'C',就能求出 S%5CDelta%20AB'C'

注意到 BB'C'C 为直角梯形,B'C' 恰为梯形的高

在 %5CDelta%20AB'C' 中使用余弦定理可得:

cos%20%E2%88%A0C'AB'%3D%5Cfrac%7BAB'%5E2%2BAC'%5E2-B'C'%5E2%7D%7B2AC'%5Ccdot%20AB'%7D%3D-%5Cfrac%7B%5Csqrt%7B7%7D%20%7D%7B7%7D

S%5CDelta%20AB'C'%3D%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7Dsin%E2%88%A0C'AB'%5Ccdot%20AC'%5Ccdot%20AB'%3D3

因此平面 ABC 与平面 %5Calpha%20 夹角余弦值

cos%5Ctheta%20%3D%5Cfrac%7BS%5CDelta%20AB'C'%7D%7BS%5CDelta%20ABC%7D%3D%5Cfrac%7B2%7D%7B3%7D

以上是第一种做法,计算量略大

第二种做法使用了一个结论,其实为方向余弦的一个性质

该结论如图所示:

已知空间中有三条相互垂直的直线,

注:这里直线用方向向量代替,二者等价

该结论证明也是比较容易的:

回到原题:

注意到 CC' 和 BB' 均与平面 %5Calpha%20 垂直,

AD 与平面 ABC 垂直,所以两平面夹角为 CC'(BB') 与 AD 的夹角

而 ACABAD 两两垂直,且根据线段长度可知 AC 与 CC' 以及 AB 与 BB' 夹角余弦值分别为 %5Cfrac%7B%5Csqrt%7B3%7D%20%7D%7B3%7D 和 %5Cfrac%7B%5Csqrt%7B2%7D%20%7D%7B3%7D

代入结论中的公式,立刻解得 AD 与 CC' 夹角余弦值为 %5Cfrac%7B2%7D%7B3%7D

于是两平面夹角余弦值为 %5Cfrac%7B2%7D%7B3%7D

当然本题的解法不止这两种,如果您有更好的方法,欢迎在评论区留言~~

好了,以上就是本期内容了,感谢收看!

拜拜~~

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