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★★★高考將考什么

【范例1】如圖，在四棱錐中，底面，，，是的中點(diǎn)．

（Ⅰ）證明；

（Ⅱ）證明平面；

（Ⅲ）求二面角的大小．

（Ⅰ）證明：在四棱錐中，

因底面，平面，故．

，平面．

而平面，．

（Ⅱ）證明：由，，可得．

是的中點(diǎn)，．

由（Ⅰ）知，，且，所以平面．

而平面，．

底面在底面內(nèi)的射影是，，．

又，綜上得平面．

（Ⅲ）解法一：過點(diǎn)作，垂足為，連結(jié)．則（Ⅱ）知，平面，在平面內(nèi)的射影是，則．

因此是二面角的平面角．

由已知，得．設(shè)，

可得．

在中，，，

則．

在中，．

解法二：由題設(shè)底面，平面，則平面平面，交線為．

過點(diǎn)作，垂足為，故平面．過點(diǎn)作，垂足為，連結(jié)，故．因此是二面角的平面角．

由已知，可得，設(shè)，

可得．

，．

于是，．

在中，．

所以二面角的大小是．

所以二面角的大小是．

變式：如圖，在五面體中，點(diǎn)是矩形的對(duì)角線的交點(diǎn)，面是等邊三角形，棱．

（1）證明//平面；

（2）設(shè)，證明平面．

證明：（Ⅰ）取CD中點(diǎn)M，連結(jié)OM.

在矩形ABCD中，，又，則，

連結(jié)EM，于是四邊形EFOM為平行四邊形.

又平面CDE， EM平面CDE，   ∴ FO∥平面CDE

（Ⅱ）證明：連結(jié)FM，由（Ⅰ）和已知條件，在等邊△CDE中，

且.

因此平行四邊形EFOM為菱形，從而EO⊥FM而FM∩CD=M，

∴CD⊥平面EOM，從而CD⊥EO. 而，所以EO⊥平面CDF.

【點(diǎn)晴】本小題考查直線與平面平行、直線與平面垂直等基礎(chǔ)知識(shí)，注意線面平行和線面垂直判定定理的使用，考查空間想象能力和推理論證能力。

【范例2】如圖，在六面體中，四邊形是邊

長為2的正方形，四邊形是邊長為1的正方形，

平面，平面，．

（Ⅰ）求證：與共面，與共面．

（Ⅱ）求證：平面平面；

（Ⅲ）求二面角的大小（用反三角函數(shù)值表示）．

證明：以為原點(diǎn)，以所在直線分別為軸，

軸，軸建立空間直角坐標(biāo)系如圖，

則有．

（Ⅰ）證明：

．

．

與平行，與平行，

于是與共面，與共面．

（Ⅱ）證明：，

，

，．

與是平面內(nèi)的兩條相交直線．

平面．

又平面過．

平面平面．

（Ⅲ）解：．

設(shè)為平面的法向量，

，．

于是，取，則，．

設(shè)為平面的法向量，

，．

于是，取，則，．

．

二面角的大小為．

解法2（綜合法）：

（Ⅰ）證明：平面，平面．

，，平面平面．

于是，．

設(shè)分別為的中點(diǎn)，連結(jié)，

有．

，

于是．

由，得，

故，與共面．

過點(diǎn)作平面于點(diǎn)，

則，連結(jié)，

于是，，．

，．

，．

所以點(diǎn)在上，故與共面．

（Ⅱ）證明：平面，，

又（正方形的對(duì)角線互相垂直），

與是平面內(nèi)的兩條相交直線，

平面．

又平面過，平面平面．

（Ⅲ）解：直線是直線在平面上的射影，，

根據(jù)三垂線定理，有．

過點(diǎn)在平面內(nèi)作于，連結(jié)，

則平面，

于是，

所以，是二面角的一個(gè)平面角．

根據(jù)勾股定理，有．

，有，，，．

，，

二面角的大小為．

變式（07江蘇）如圖，已知是棱長為的正方體，

點(diǎn)在上，點(diǎn)在上，且．

（1）求證：四點(diǎn)共面；（4分）

（2）若點(diǎn)在上，，點(diǎn)在上，

，垂足為，求證：平面；（4分）

（3）用表示截面和側(cè)面所成的銳二面角的大小，求．

證明：（1）建立如圖所示的坐標(biāo)系，則，，，

所以，故，，共面．

又它們有公共點(diǎn)，所以四點(diǎn)共面．

（2）如圖，設(shè)，則，

而，由題設(shè)得，

得．

因?yàn)?sub>，，有，又，，所以，，從而，．

故平面．

（3）設(shè)向量截面，于是，．

而，，得，，解得，，所以．

又平面，所以和的夾角等于或（為銳角）．

于是．

故．

【范例3】如圖，在長方體AC₁中，AD=AA₁=1，AB=2，點(diǎn)E在棱AB上移動(dòng).

（1）證明：D₁E⊥A₁D；

（2）當(dāng)E為AB的中點(diǎn)時(shí)，求點(diǎn)E到面ACD₁的距離；

（3）AE等于何值時(shí)，二面角D₁―EC―D的大小為.

解析：法1

（1）∵AE⊥面AA₁DD₁，A₁D⊥AD₁，∴A₁D⊥D₁E

（2）設(shè)點(diǎn)E到面ACD₁的距離為h，在△ACD₁中，AC=CD₁=，AD₁=，

故

（3）過D作DH⊥CE于H，連D₁H、DE，則D₁H⊥CE，

     ∴∠DHD₁為二面角D₁―EC―D的平面角.

設(shè)AE=x，則BE=2－x

法2：以D為坐標(biāo)原點(diǎn)，直線DA、DC、DD₁分別為x、y、z軸，建立空間直角坐標(biāo)系，設(shè)AE=x，則A₁(1，0，1)，D₁(0，0，1)，E(1，x，0)，A(1，0，0), C(0，2，0).

（1）

（2）因?yàn)镋為AB的中點(diǎn)，則E（1，1，0），

從而，，

設(shè)平面ACD₁的法向量為，

則也即，得，

從而，所以點(diǎn)E到平面AD₁C的距離為

（3）設(shè)平面D₁EC的法向量，

∴

由  令b=1,  ∴c=2, a=2－x，

∴依題意

∴（不合，舍去）， .

∴AE=時(shí)，二面角D₁―EC―D的大小為.

變式：如圖，四棱錐P―ABCD中，底面ABCD 為矩形，AB=8，AD=4，側(cè)面PAD為等邊三角形，并且與底面所成二面角為60°.

（Ⅰ）求四棱錐P―ABCD的體積；

（Ⅱ）證明PA⊥BD.

 解析：（Ⅰ）如圖，取AD的中點(diǎn)E，

連結(jié)PE，則PE⊥AD.

作PO⊥平面在ABCD，垂足為O，連結(jié)OE.

根據(jù)三垂線定理的逆定理得OE⊥AD，

所以∠PEO為側(cè)面PAD與底面所成的二面角

的平面角，由已知條件可知∠PEO=60°，PE=6，所以PO=3，

四棱錐P―ABCD的體積V_P―ABCD=

（Ⅱ）法1  如圖，以O(shè)為原點(diǎn)建立空間直角坐標(biāo)系.通過計(jì)算可得P(0，0，3)，

A(2，－3，0)，B(2，5，0)，D(－2，－3，0)

所以

因?yàn)?sub> 所以PA⊥BD.

法2：連結(jié)AO，延長AO交BD于點(diǎn)F.通過計(jì)算

可得EO=3，AE=2，又知AD=4，AB=8，

得所以Rt△AEO∽R(shí)t△BAD.得∠EAO=∠ABD.  

所以∠EAO+∠ADF=90°   所以  AF⊥BD.

因?yàn)?nbsp; 直線AF為直線PA在平面ABCD 內(nèi)的身影，所以PA⊥BD.

【點(diǎn)晴】本小題主要考查棱錐的體積、二面角、異面直線所成的角等知識(shí)和空間想象能力、分析問題能力，解題的關(guān)鍵是二面角的使用。使用空間向量能降低對(duì)空間想象能力的要求，但坐標(biāo)系的位置不規(guī)則，注意點(diǎn)坐標(biāo)的表示。