专题地图 › 空间角与距离
2024 年广西预赛
F3填空题空间角与距离
正三棱锥 P−ABC 中,AP=3,AB=4。设 D 是直线 BC 上一点,平面 APD 与直线 BC 的夹角为 45∘,则线段 PD 的长度是。
作答
分数写 a/b,根号写 √ 或 sqrt,π 写 pi 也可以。
解析
思路
建立以 BC 为 x 轴的空间坐标系,用平面法向量表示线面角。
解答
取
B=(−2,0,0), C=(2,0,0), A=(0,23,0), P=(0,323,333), D=(d,0,0).
平面 APD 的一个法向量是 n=AP×AD,直接计算得
nx2=44,∣n∣2=44+9d2.
因为 BC 的方向向量为 (1,0,0),线面角为 45∘ 给出
∣n∣2∣nx∣2=21,
故 d2=44/9。又
PD2=d2+(323)2+(333)2=989,
所以 PD=389。
复核
锥高平方为 AP2−AO2=9−16/3=11/3>0,坐标非退化;线面角使用的是方向向量与法向量夹角的余角。
方法总结
规则棱锥的线面角问题可坐标化,用 sinθ=∣v⋅n∣/(∣v∣∣n∣) 直接处理。
为什么评为 F3(会透露解法方向)
先构造正棱锥精确坐标,再由线面角约束求D在线BC上的参数平方,不能把D误限制于线段。
用到的方法(会透露解法方向)
核心工具:作棱的垂线求二面角、用实参数表示后求全局最值
专题卡:垂棱投影求指定半平面二面角、空间条件降一元与等号还原