(15分)(2013•浙江)如图,在四面体A﹣BCD 中,…——2013 高考数学第 20 题答案解析

2013_浙江卷

2013 浙江 第 20 题 解答题 区分题
2013_浙江卷

20.(15分)(2013•浙江)如图,在四面体A﹣BCD 中,AD⊥平面BCD, $B C \bot C D$ ,\(AD=2,\) $\mathtt { B D = 2 } \sqrt { 2 } .$ .M 是 AD的中点,P是BM 的中点,点Q 在线段AC 上,且\(AQ=3QC\)

(1)证明:PQ∥平面 BCD;

(2)若二面角C﹣BM﹣D 的大小为60°,求∠BDC的大小

考点: 二面角的平面角及求法;直线与平面平行的判定

专题: 计算题;空间位置关系与距离;空间角

分析: (1)取BD的中点O,在线段CD 上取点F,使得\(DF=3CF\),连接OP、OF、FQ.根据平行线分线段成比例定理结合三角形的中位线定理证出四边形OPQF 是平行四边形,从而 PQ∥OF,再由线面平行判定定理,证出 PQ∥平面 BCD;

> (2)过点C 作CG⊥BD,垂足为G,过G 作GH⊥BM于 H,连接CH.根据线面垂直的判定与性质证出BM⊥CH,因此∠CHG是二面角C﹣BM﹣D 的平面角,可得 $\angle C \mathrm { H G } { = } 6 0 ^ { \circ }$ .设 $\angle \mathrm { B D C = } \Theta$ ,用解直角三角形的方法算出 HG 和 CG 关于 θ 的表达式,最后在 Rt△CHG 中,根据正切的定义得出 $\tan \angle C \mathrm { H G } = \frac { C G } { G \mathrm { H } } = \sqrt { 3 } ,$ ,从而得到 $\tan \theta = { \sqrt { 3 } } ,$ ,由此可得∠BDC

查看原卷 →

完整解析 · 逐步详解

解答: (1)取 BD 的中点 O,在线段 CD 上取点 F,使得 \(DF=3CF\),连接 OP、OF、FQ

$\because \triangle \mathrm { A C D }$ 中, $\mathrm { A Q } { = } 3 \mathrm { Q C }$ 且 \(DF=3CF\),∴QF∥AD 且 $\mathrm { Q F { = } } \frac { 1 } { 4 } \mathrm { A D }$

$\because \triangle \mathrm { B D M }$ 中,O、P 分别为BD、BM 的中点

∴OP∥DM,且 $\mathrm { O P { = } \frac { 1 } { 2 } D M }$ ,结合 M 为 AD 中点得:OP∥AD 且 $\mathrm { O P = } \frac { 1 } { 4 } \mathrm { A D }$

∴OP∥QF 且 \(OP=QF\),可得四边形 OPQF 是平行四边形

∴PQ∥OF

∵PQ⊄平面 BCD 且 OF⊂平面 BCD,∴PQ∥平面 BCD;
(2)过点 C 作 CG⊥BD,垂足为 G,过 G 作 GH⊥BM 于 H,连接 CH
$\because \mathrm { \bf A D \perp }$ 平面 BCD,CG⊂平面 BCD,∴AD⊥CG
又∵CG⊥BD,AD、BD 是平面 ABD 内的相交直线
∴CG⊥平面 ABD,结合 BM⊂平面 ABD,得 CG⊥BM
∵GH⊥BM,CG、GH 是平面 CGH 内的相交直线
$\therefore \mathrm { B M \perp }$ 平面 CGH,可得 BM⊥CH
因此,∠CHG 是二面角C﹣BM﹣D的平面角,可得 $\angle C \mathrm { H G } { = } 6 0 ^ { \circ }$
设 $\angle \mathrm { B D C = } \Theta$ ,可得
$\mathrm { R t } \triangle \mathrm { B C D }$ 中, $\mathrm { C D = B D c o s } \Theta { = } 2 \sqrt { 2 } \mathrm { c o s } \Theta$ $\mathrm { C G } { = } \mathrm { C D s i n } \Theta { = } 2 \sqrt { 2 } \mathrm { s i n } \Theta \mathrm { c o s } \Theta$ $\mathrm { B G } { = } \mathrm { B C } \mathrm { s i n } \Theta { = } 2 \sqrt { 2 } \mathrm { s i n } ^ { 2 } \Theta$ $\mathrm { R t } \triangle \mathrm { B M D }$ 中, $\mathrm { H G } = \frac { \tt B G \bullet D M } { \tt B M } = \frac { 2 \sqrt { 2 } } { 3 } \tt s i n ^ { 2 }$ ; $\mathrm { R t } \triangle \mathrm { C H G }$ 中, $\tan \angle C \mathrm { H G } = \frac { C G } { G H } = \frac { 3 \cos \theta } { \sin \theta } = \sqrt { 3 }$ $\therefore \tan \theta = { \sqrt { 3 } } ,$ ,可得 $\scriptstyle { \mathsf { \theta } } = 6 0 ^ { \circ }$ ,即 $\angle \mathrm { B D C } { = } 6 0 ^ { \circ }$

点评: 本题在底面为直角三角形且过锐角顶点的侧棱与底面垂直的三棱锥中求证线面平行,并且在已知二面角大小的情况下求线线角.着重考查了线面平行、线面垂直的判定与性质,解直角三角形和平面与平面所成角求法等知识,属于中档题

✅ 来源:2013年 · 浙江 · 2013_浙江卷 · 第 20 题 · 本题已通过全部自动发布校验

觉得理解了?

可以再试一道相同方法、不同题面的题,确认是否真正掌握。

题目指纹

这道题真正考什么?

关键能力
立体几何
难度
区分题
先及格路线 · 高中数学 · 高难题

如果目标是先及格,这道题现在可以先放。

先把常见基础得分点练稳,再回来处理综合题。

同类专题与考点

返回上层