题目内容

在直角梯形中,,,,如图,把沿翻折,使得平面平面.

(1)求证:;

(2)若点为线段中点,求点到平面的距离;

(3)在线段上是否存在点,使得与平面所成角为?若存在,求出的值;若不存在,请说明理由.

 

【答案】

(1)证明过程详见解析;(2) (3)存在

【解析】

试题分析:

(1)据题意,要证明,由线面垂直的性质例一得到只需要证明DC面ABD,又有面ABD与面BCD垂直,故根据面面垂直的性质,只需要证明DC垂直于面ABD与面BCD的交线BD,DC与BC垂直的证明可以放在直角梯形中利用勾股定理与余弦定理证明,三角形BCD为直角三角形.

(2)由(1)得平面,所以.以点为原点,所在的直线为轴,所在直线为轴,利用三维空间直角坐标系即可求的点面距离,即首先求出线段MC与面ADC的法向量的夹角,再利用三角函数值即可求的点面距离.此外,该题还可以利用等体积法来求的点面距离,即三棱锥M-ADC的体积,分别以M点为顶点和以A点为定点来求解三棱锥的体积,解出高即为点面距离.

(3)该问利用坐标法最为简洁,在第二问建立的坐标系的基础上,设,,利用来表示N点的坐标,求出面ACD的法向量,法向量与AN所成的夹角即为与平面所成角为的余角,利用该条件即可求出的值,进而得到N点的位置.

试题解析:

(1)证明:因为,

,,所以,, 1分

, 2分

,所以 3分.

因为平面平面,平面平面,

所以平面 4分.

又平面,所以 5分.

(2)解法1:因为平面,所以.以点为原点,所在的直线为轴,所在直线为轴,过点作垂直平面的直线为轴,建立空间直角坐标系,如图.由已知,得,,,,.所以,,. 7分.设平面的法向量为,则,,所以令,得平面的一个法向量为 9分

所以点到平面的距离为 10分.

解法2:由已知条件可得,,所以.

由(1)知平面,即为三棱锥的高,

又,所以 7分.

由平面得到,设点到平面的距离为,

则 8分.

所以,, 9分.

因为点为线段中点,所以点到平面的距离为 10分.

解法3:因为点为线段的中点,所以点到平面的距离等于点到平面的距离的. 6分 由已知条件可得,由(I)知,又,

所以平面, 8分

所以点到平面的距离等于线段的长. 9分

因为,所以点到平面的距离等于. 10分

(3)假设在线段上存在点,使得与平面所成角为 11分.

设,,,则,所以,. 12分

又平面的一个法向量为,且直线与平面所成的角为,

所以, 即,

可得, 解得或(舍去). 13分

综上所述,在线段上是否存在点,使得与平面所成角为,

此时. 14分.

考点:垂直 等体积法 三维空间直角坐标系

 

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