88 指考數學乙 第 9 題
📅 88 年 📝 指考數學乙 第 9 題 題型:選填 課綱:99課綱
設一長方體的長、寬、高分別為 $3$ 單位、$4$ 單位、$a$ 單位(其中 $a > 0$)。以此頂點為原點,三稜所在的直線為軸,若不通過此原點的平面與 $xy$ 平面的夾角為 $45^\circ$,則 $a=\underline{\hspace{2em}}$ 。
法向量與平面夾角空間向量空間向量與空間中的直線與平面
解題手法公式代入坐標化〔AI 推測〕
答案

$\dfrac{12}{5}$

PDF 原卷漏印此題題目,由解析反推重構題目。

詳解
由截距式可設平面 $E$ 的方程式為: $$\dfrac{x}{3} + \dfrac{y}{4} + \dfrac{z}{a} = 1, \ a>0$$ 該平面的法向量為 $\overset{\large\rightharpoonup}{n}_E = \left(\dfrac{1}{3}, \dfrac{1}{4}, \dfrac{1}{a}\right) // (4a, 3a, 12)$, 我們取 $\overset{\large\rightharpoonup}{n}_E = (4a, 3a, 12)$。 而 $xy$ 平面的法向量為 $\overset{\large\rightharpoonup}{n}_{xy} = (0,0,1)$。 若平面 $E$ 與 $xy$ 平面的夾角為 $45^\circ$,由法向量的內積夾角公式可得: $$\left|\cos 45^\circ\right| = \dfrac{\left|\overset{\large\rightharpoonup}{n}_E \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{n}_{xy}\right|}{\left|\overset{\large\rightharpoonup}{n}_E\right| \left|\overset{\large\rightharpoonup}{n}_{xy}\right|}$$ $$\dfrac{\sqrt{2}}{2} = \dfrac{|(4a, 3a, 12) \cdot (0,0,1)|}{\sqrt{(4a)^2+(3a)^2+12^2} \cdot \sqrt{0^2+0^2+1^2}} = \dfrac{12}{\sqrt{25a^2+144}}$$ 兩邊平方後整理: $$\dfrac{1}{2} = \dfrac{144}{25a^2+144} \Rightarrow 25a^2+144 = 288 \Rightarrow 25a^2 = 144$$ 解得 $a = \dfrac{12}{5}$ 或 $a = -\dfrac{12}{5}$(不合,因為 $a>0$)。 故 $a = \dfrac{12}{5}$。

題目來源:民國88年大學聯考數學科試題(社會組) 第9題(來源PDF第10頁)

資料版本:2026-07-05(commit 06b4ff14)

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