立体几何解题之几何法与坐标法
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高三复习之寸利必得 第2杯
河南师大附中 关仲卿
【解题指导】本题考查线面平行、线线平行、向量法等基础知识,考查空间想象能力、分析问题的能力、计算能力.本题第1问是一个探索性问题,利用线面平行的性质定理,寻找线线平行来证明线面平行,经过探究发现点M 在直线NF 上任何一个位置,依据命题的解读发现,命题思路非常灵活,既可以取特殊点证明直线与平面平行的存在性,也可以探索点M 的任意性,命题颇为有趣.第2问常规命题:解法一:先找线面角,再利用三角形求解正弦值;解法二:利用空间向量经过计算得正弦值.通过本题研究发现,高考主体得分策略是立体几何12分必须满分,这就要求平时注意基本题型的训练,做到各种题型训练不重复不遗漏.立体几何复习中有老师认为只需建立坐标系就可以了,其实不然,正因为是必得分题,更应该复习细致,逐步分析,做到每一步得分万无一失,也为研究其他题目有了时间保证,切记寸利必得.
【2016年四川高考】如图,在四棱锥P-ABCD 中,AD ∥BC ,
∠ADC=∠PAB=90°,BC=CD=12
,E 为边AD 的中点,异面直线PA 与CD 所成的角为90°.
(I )在平面PAB 内找一点M ,使得直线CM ∥平面PBE ,
并说明理由;
(II)若二面角P-CD-A 的大小为45°,求直线PA 与平面
PCE 所成角的正弦值.
(Ⅰ)在梯形中ABCD ,AB 与CD 不平行,延长AB ,
DC 相交于M ,(1分)
则M 即为所求的一个点,证明如下:(1分)
由已知//BC ED ,且BC ED =(1分)
所以四边形BCDE 是平行四边形(1分)
则//CM BE (1分)
又EB ⊂平面PBE ,CM ⊄平面PBE
所以//CM 平面PBE (1分)
【探索问题】延长PA 到N 使PA=PN ,
延长AB ,DC 相交于F ,连接NF ,
则平面//DFN 平面PBE
又平面DFN 平面=PAB NF
则在NF 上任取一点M ,
即可//CM 平面PBE
(Ⅱ)解法一:先找线面角,再利用三角形求解正弦值.
由已知,CD ⊥PA ,CD ⊥AD ,PA
AD=A , 所以CD ⊥平面PAD . (1分)
从而CD ⊥PD.
所以∠PDA 是二面角P-CD-A 的平面角,所以∠PDA =45°.
(1分)
设BC =1,则在Rt △PAD 中,PA=AD =2.
过点A 作AH ⊥CE ,交CE 的延长线于点H ,连接PH .
易知PA ⊥平面ABCD .(1分)
从而PA ⊥CE .
于是CE ⊥平面PAH ,所以平面PCE ⊥平面PAH . (1分)
过A 作AQ ⊥PH 于Q ,则AQ ⊥平面PCE .
所以∠APH 是PA 与平面PCE 所成的角. (1分)
在Rt △AEH 中,∠AEH =45°,AE =1,所以AH
在Rt △PAH 中,PH 2 , 所以sin ∠APH =AH PH =13.(1分) 解法二:利用空间向量经过计算得正弦值.
由已知,CD ⊥PA ,CD ⊥AD ,PA
AD=A ,
所以CD ⊥平面PAD . (1分)
从而CD ⊥PD.
所以∠PDA 是二面角P-CD-A 的平面角,
所以∠PDA =45°. (1分)
设BC =1,则在Rt △PAD 中,PA=AD =2.
以A 为原点,以AD ,AD 的垂线,AP 所在直线分别为,,x y z 轴建立空间直角坐标系A xyz -, 则(0,0,0),(0,0,2),(2,1,0),(1,0,0)A P C E (1分)
所以PE=(1,0,-2),EC=(1,1,0),AP=(0,0,2)设平面PCE的法向量为n=(x,y,z),
由
0,
0,
PE
EC
⎧⋅=
⎪
⎨
⋅=
⎪⎩
n
n
得
20,
0,
x z
x y
-=
⎧
⎨
+=
⎩
设x=2,解得n=(2,-2,1).(1分)
设直线P A与平面PCE所成角为α,则sinα=
||
||||
n AP
n AP
⋅
⋅
=
1
3
= .
所以直线P A与平面PCE所成角的正弦值为1
3
.(1分)。