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探究立體幾何中的存在性問題立體幾何中的存在性探索問題,內(nèi)涵豐富,立意新穎,形式多變,一直是新高考數(shù)學(xué)試卷中的一大熱點問題。此類問題背景新穎,具有開放性、靈活性、探究性及創(chuàng)新性等特點,無法套用統(tǒng)一的解題模式,同時體現(xiàn)了“開放探索,考查探究精神,開拓展現(xiàn)創(chuàng)新意識的空間”的高考命題指導(dǎo)思想與命題原則,成為高考數(shù)學(xué)試題中一道亮麗的風(fēng)景線。一、點的存在性問題例1如圖1,已知△ABC是邊長為3的等邊三角形,E,F分別在邊AB,AC上,且AE=AF=2,M為BC邊的中點,AM交EF于點O。沿EF將△AEF翻折到△DEF的位置,使得DM=圖1(1)證明:DO⊥平面EFCB。(2)若平面EFCB內(nèi)的直線EN∥平面DOC,且與邊BC交于點N。試問:在線段DM上是否存在點P,使得二面角P-EN-B的大小為60°?若存在,則求出點P;若不存在,請說明理由。解析:(1)在△DOM中,易得DO=,OM=,而DM=,則DM2=DO2+OM2,故DO⊥OM。又因為AE=AF=2,AB=AC=3,所以EF∥BC。又M為BC邊的中點,所以AM⊥BC,所以DO⊥EF。因為OM∩EF=O,OM,EF?平面EFCB,所以DO⊥平面EFCB。(2)連接OC,過E作EN∥OC交BC于N。因為OC?平面DOC,EN?平面DOC,所以EN∥平面DOC。又OE∥CN,所以四邊形OENC為平行四邊形,可得OE=NC=1。
1圖2由題意知平面ENB的一個法向量為n=(0,0,1),又因為二面角P-EN-B的大小為60°,所以cos60°=|cos|=點評:涉及立體幾何中點的存在性的探索與判斷問題,往往先假設(shè)對應(yīng)的點存在,借助參數(shù)的引入,利用線段的比例關(guān)系或向量的線性關(guān)系的構(gòu)建,通過幾何法進(jìn)行分析與推理,或利用向量法進(jìn)行分析與運算,進(jìn)而求出對應(yīng)的參數(shù)值是否滿足題設(shè)背景,從而得以探索與判斷點的存在性。二、參數(shù)的存在性問題例2如圖3,在幾何體ABCDEF中,平面CDEF⊥平面ABCD,∠EAD=60°,四邊形CDEF為矩形。在四邊形ABCD中,AD∥BC,AD⊥AB,AB=BC=2AD。
2圖3(1)點G在線段BE上,且是否存在實數(shù)μ,使得AG∥DF?若存在,求出μ的值;若不存在,請說明理由。(2)點P在線段DF上,求直線BP與平面ABE所成角的正弦值的取值范圍。解析:因為四邊形CDEF為矩形,所以CD⊥DE。因為平面CDEF⊥平面ABCD,平面CDEF∩平面ABCD=CD,DE?平面CDEF,所以DE⊥平面ABCD。不妨設(shè)AB=BC=2AD=2,所以在△ADE中,有DE=ADtan∠EAD=3。
3圖4點評:涉及立體幾何中參數(shù)的存在性的探索與求解問題,往往直接利用對應(yīng)的參數(shù)值的關(guān)系式,從幾何法或向量法視角切入,結(jié)合空間位置關(guān)系的判斷與推理、空間角的求解與運算等加以分析,進(jìn)而求解相關(guān)參數(shù)值,對比題設(shè)條件與背景,加以合理探索與求解參數(shù)的存在性。立體幾何中的存在性探索問題,往往通過立體幾何背景的巧妙設(shè)置,判斷在某些確定的條件下的某一立體幾何對象(位置、圖形、數(shù)值等)的存在性問題,先假設(shè)存在,再利用數(shù)學(xué)運算或邏輯推理,無矛盾則存在,有矛盾則不存在,可以全面考查考生的空間想象能力與邏輯推理能力,有利于考查考生的數(shù)學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新能力,檢測考生的學(xué)習(xí)潛能,具有很好的選拔性與區(qū)分度。
