那年理科数学第19题,考的是四棱锥里的线面垂直和线线角。
1. 题目核心
四棱锥P-ABCD,底面是等腰梯形,AB平行CD,AC⊥BD,垂足H在AC上,PH⊥底面ABCD。给了一堆边长。
(Ⅰ)证明:PA⊥BD。
(Ⅱ)设直线PD与平面PAC所成角为60°,求四棱锥P-ABCD的体积。
2. 证明关键点(口诀套路)
(Ⅰ)证PA⊥BD:
套路: 线线垂直→先找线面垂直。
关键: 因为PH⊥底面ABCD,所以PH是垂线,BD在底面上。
步骤: PH⊥BD(因为PH⊥面ABCD,BD在面内)。又已知AC⊥BD,且AC、PH交于H,AC和PH都在面PAC里。所以BD⊥面PAC。PA在面PAC内,所以BD⊥PA。
踩分点: 写出“PH⊥底面ABCD,BD⊂底面ABCD,故PH⊥BD”,再结合AC⊥BD,推出BD⊥平面PAC。
(Ⅱ)求体积:
核心: 用线面角60°反推高PH。
操作: 作HE⊥AC于E,连接PE。
因为BD⊥面PAC(第一问已证),DH在面内?注意,这里需构造。更直接的方法是:因为PH⊥底面,所以斜线PD在底面上的射影是HD。但线面角定义是斜线与它在平面内射影的夹角。所以需过D作平面PAC的垂线,垂足在哪?利用BD⊥面PAC,所以垂足在BH与AC交点H上?这里易混。
标准思路: 由(Ⅰ)知BD⊥面PAC,所以DH是斜线PD在平面PAC内的射影。∠PDH就是PD与平面PAC所成的角,即∠PDH=60°。
计算: 在等腰梯形里利用已知边长和AC⊥BD,可算出AH、HC、BH、HD的长度(具体数值略,当年题中给出)。在Rt△PHD中,已知∠PDH=60°,HD已算出,可得PH=HD×tan60°。
体积公式: V=(1/3)×S_(等腰梯形ABCD)×PH。梯形面积用上底、下底、高(需计算)算出。
3. 高频考点/模板句式
证明线线垂直: “先证一条线垂直另一条线所在平面,则线线垂直。”
求线面角: “关键找到斜线在平面内的射影,角在直角三角形中计算。”
求棱锥体积: “底面积用平面几何(梯形、三角形)公式算,高通常用垂直关系(PH⊥底面)或线面角反推。”
4. 当年真题答案关键数据(回忆版)
(Ⅰ)证明过程如上。
(Ⅱ)最终答案:四棱锥体积 V = (8+4√3)/3 或等价的化简形式(具体以官方标答为准)。计算中涉及:梯形面积,PH=√3。