《高考快车道》2026版高三一轮总复习数学(基础版) 80第七章规范答题四空间向量与立体几何(pdf版,含答案)

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名称 《高考快车道》2026版高三一轮总复习数学(基础版) 80第七章规范答题四空间向量与立体几何(pdf版,含答案)
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文件大小 126.2KB
资源类型 试卷
版本资源 通用版
科目 数学
更新时间 2025-07-03 14:23:49

文档简介

空间向量与立体几何
[典例] (15分)(2024·新高考Ⅱ卷)如图,平面四边形ABCD中,AB=8,CD=3,AD=5,∠ADC=90°,∠BAD=30°,点E,F满足==.将△AEF沿EF翻折至△PEF,使得PC=4.
(1)证明:EF⊥PD;
(2)求平面PCD与平面PBF所成的二面角的正弦值.
明条件,顺思路 规范答,抢得分 点关键,防陷阱
①由条件==可联想到共线向量定理.结合AD=5,AB=8可得AE=2,ED=3,AF=FB=4. 又在△AEF中,知两边及夹角想到利用余弦定理,可知EF的长. [解] (1)由题意得,AE=AD=2,AF=AB=4,又∠BAD=30°,所以由余弦定理得EF2=AE2+AF2-2AE·AF·cos 30°=4,故EF=2. 当已知条件出现较多的数量关系时,关键是将条件集中到某一三角形进行计算,有时需用正、余弦定理解决问题.
②在△AEF中,三边长已知且需证明垂直想到勾股定理EF2+AE2=AF2. 又EF2+AE2=AF2,所以EF⊥AE.…………………………(3分) 一般地,数量关系明确,会涉及勾股定理证明垂直关系.
③由AE⊥EF,翻折前后垂直关系不变得EF⊥PE. 由EF⊥AE及翻折的性质知EF⊥PE,EF⊥ED, 由翻折想到:翻折前后哪些量没有变化,哪些量发生了变化?
④由EF⊥PE,EF⊥ED,又需证EF⊥PD联想线面垂直的判定定理,只需证EF⊥平面PED即可. 又ED∩PE=E,ED,PE 平面PED,所以EF⊥平面PED.…………(5分) 又PD 平面PED,所以EF⊥PD.…………………………(6分) 线面垂直的判定定理中需强调ED∩PE=E(两条相交直线)
⑤求二面角的大小一般用空间向量,需建立空间直角坐标系→需找出两两垂直的三条线段→由第(1)问知EF⊥ED,猜想PE是否垂直于平面ABCD呢? (2)如图,连接CE,由题意知,DE=3,CD=3,∠CDE=90°, 故CE==6. 又PE=AE=2,PC=4,所以PE2+CE2=PC2,故PE⊥CE. 又PE⊥EF,CE∩EF=E,CE,EF 平面ABCD,所以PE⊥平面ABCD.…………………………(8分) 易错:使用向量法求解,建系前应注意证明相交于一点的三条直线两两垂直.如本例中PE⊥平面ABCD需要证明后才能建系,否则扣分.
⑥建系后可求出相关点P,D,F,A,C的坐标,进而求出相关向量的坐标(向量坐标=终点坐标-起点坐标) EF,ED,PE两两垂直,故以E为原点,EF,ED,PE所在直线分别为x,y,z轴建立空间直角坐标系,则P(0,0,2),D(0,3,0),F (2,0,0),A(0,-2,0),C(3,3,0), 正确掌握点的坐标的求法是使用向量法的前提与关键(有时可借助几何关系向量运算求点的坐标). 思考:此时能否利用B点坐标求出平面PBF的法向量求解.
连接PA,则=(0,3,-2),=(3,0,0),=(0,2,2),=(2,2,0).………………(10分) 垂直于平面的直线的方向向量,称为平面的法向量;一个平面的法向量有无数个,且它们互相平行.题目中若有平面的垂线可直接写出平面的法向量.
⑦求法向量一般用待定系数法,其步骤为:设向量;选向量;列方程组;解方程组;赋非零值;得结论.
设平面PCD的法向量为n1=(x1,y1,z1),
则可取n1=(0,2,3),…………(11分) 设平面PBF即平面PAF的法向量为n2=(x2,y2,z2),
⑧求出法向量n1,n2后只需代入两平面夹角公式计算即可. 平面α与平面β的夹角为θ,则cos θ=|cos 〈n1,n2〉|=. 则可取n2=(,-1,1).……(12分)
设平面PCD与平面PBF所成的二面角的平面角为θ,则cos θ=|cos 〈n1,n2〉|==.………………(14分) 故平面PCD与平面PBF所成二面角的正弦值为=.……(15分) 易错①:用向量法求二面角时,要特别注意向量的夹角与所求角的关系. 易错②:求出二面角的余弦值,需转化为二面角的正弦值.
1/1空间向量与立体几何
[典例] (15分)(2024·新高考Ⅱ卷)如图,平面四边形ABCD中,AB=8,CD=3,AD=5,∠ADC=90°,∠BAD=30°,点E,F满足==.将△AEF沿EF翻折至△PEF,使得PC=4.
(1)证明:EF⊥PD;
(2)求平面PCD与平面PBF所成的二面角的正弦值.
明条件,顺思路 规范答,抢得分 点关键,防陷阱
①由条件==可联想到共线向量定理.结合AD=5,AB=8可得AE=2,ED=3,AF=FB=4. 又在△AEF中,知两边及夹角想到利用余弦定理,可知EF的长. [解] (1)由题意得,AE=AD=2,AF=AB=4,又∠BAD=30°,所以由余弦定理得EF2=AE2+AF2-2AE·AF·cos 30°=4,故EF=2. 当已知条件出现较多的数量关系时,关键是将条件集中到某一三角形进行计算,有时需用正、余弦定理解决问题.
②在△AEF中,三边长已知且需证明垂直想到勾股定理EF2+AE2=AF2. 又EF2+AE2=AF2,所以EF⊥AE.…………………………(3分) 一般地,数量关系明确,会涉及勾股定理证明垂直关系.
③由AE⊥EF,翻折前后垂直关系不变得EF⊥PE. 由EF⊥AE及翻折的性质知EF⊥PE,EF⊥ED, 由翻折想到:翻折前后哪些量没有变化,哪些量发生了变化?
④由EF⊥PE,EF⊥ED,又需证EF⊥PD联想线面垂直的判定定理,只需证EF⊥平面PED即可. 又ED∩PE=E,ED,PE 平面PED,所以EF⊥平面PED.…………(5分) 又PD 平面PED,所以EF⊥PD.…………………………(6分) 线面垂直的判定定理中需强调ED∩PE=E(两条相交直线)
⑤求二面角的大小一般用空间向量,需建立空间直角坐标系→需找出两两垂直的三条线段→由第(1)问知EF⊥ED,猜想PE是否垂直于平面ABCD呢? (2)如图,连接CE,由题意知,DE=3,CD=3,∠CDE=90°, 故CE==6. 又PE=AE=2,PC=4,所以PE2+CE2=PC2,故PE⊥CE. 又PE⊥EF,CE∩EF=E,CE,EF 平面ABCD,所以PE⊥平面ABCD.…………………………(8分) 易错:使用向量法求解,建系前应注意证明相交于一点的三条直线两两垂直.如本例中PE⊥平面ABCD需要证明后才能建系,否则扣分.
⑥建系后可求出相关点P,D,F,A,C的坐标,进而求出相关向量的坐标(向量坐标=终点坐标-起点坐标) EF,ED,PE两两垂直,故以E为原点,EF,ED,PE所在直线分别为x,y,z轴建立空间直角坐标系,则P(0,0,2),D(0,3,0),F (2,0,0),A(0,-2,0),C(3,3,0), 正确掌握点的坐标的求法是使用向量法的前提与关键(有时可借助几何关系向量运算求点的坐标). 思考:此时能否利用B点坐标求出平面PBF的法向量求解.
连接PA,则=(0,3,-2),=(3,0,0),=(0,2,2),=(2,2,0).………………(10分) 垂直于平面的直线的方向向量,称为平面的法向量;一个平面的法向量有无数个,且它们互相平行.题目中若有平面的垂线可直接写出平面的法向量.
⑦求法向量一般用待定系数法,其步骤为:设向量;选向量;列方程组;解方程组;赋非零值;得结论.
设平面PCD的法向量为n1=(x1,y1,z1),
则可取n1=(0,2,3),…………(11分) 设平面PBF即平面PAF的法向量为n2=(x2,y2,z2),
⑧求出法向量n1,n2后只需代入两平面夹角公式计算即可. 平面α与平面β的夹角为θ,则cos θ=|cos 〈n1,n2〉|=. 则可取n2=(,-1,1).……(12分)
设平面PCD与平面PBF所成的二面角的平面角为θ,则cos θ=|cos 〈n1,n2〉|==.………………(14分) 故平面PCD与平面PBF所成二面角的正弦值为=.……(15分) 易错①:用向量法求二面角时,要特别注意向量的夹角与所求角的关系. 易错②:求出二面角的余弦值,需转化为二面角的正弦值.
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