104_02M_q19
104 學測數學 第 19 題
📅 104 年 📝 學測數學 第 19 題 題型:選填 課綱:99課綱
在空間中,一個斜面的「坡度」定義為斜面與水平面夾角 $\theta$ 的正切值 $\tan \theta$。若一金字塔(底部為一正方形,四個斜面為等腰三角形)的每一個斜面的坡度皆為 $\dfrac{2}{5}$,如圖。則相鄰斜面的夾角的餘弦函數的絕對值為 ____ 元。
金字塔斜面坡度示意圖
金字塔斜面坡度示意圖
兩面角空間向量的法向量與內積坡度定義空間向量空間向量與空間中的直線與平面
解題手法向量化〔AI 推測〕
答案

$\dfrac{25}{29}$

選填題

詳解
建立空間直角坐標系求解: 1. 設金字塔的底面為邊長為 $2$ 的正方形 $ABCD$,中心在原點 $O(0, 0, 0)$。 頂點坐標為:$$A(1, -1, 0), B(1, 1, 0), C(-1, 1, 0), D(-1, -1, 0)$$。 設金字塔高度為 $h$,則頂點為 $V(0, 0, h)$。 2. 側面 $VAB$ 與底面夾角為 $\theta$。由坡度定義知: $$\tan \theta = \dfrac{h}{1} = h$$。 已知每一斜面的坡度皆為 $\dfrac{2}{5}$,故 $h = \dfrac{2}{5}$。 所以頂點為 $$V\left(0, 0, \dfrac{2}{5}\right)$$。 3. 求相鄰兩個側面 $VAB$ 與 $VBC$ 的法向量: - 側面 $VAB$:通過 $V\left(0, 0, \frac{2}{5}\right)$、$A(1, -1, 0)$、$B(1, 1, 0)$。 向量 $\overset{\large\rightharpoonup}{AB} = (0, 2, 0)$,向量 $\overset{\large\rightharpoonup}{AV} = \left(-1, 1, \frac{2}{5}\right)$。 其法向量為 $$\overset{\large\rightharpoonup}{n}_1 = \overset{\large\rightharpoonup}{AB} \times \overset{\large\rightharpoonup}{AV} = \left(\dfrac{4}{5}, 0, 2\right)$$。 乘上 $\frac{5}{2}$ 簡化得 $\overset{\large\rightharpoonup}{n}_1 = (2, 0, 5)$。 - 側面 $VBC$:通過 $V\left(0, 0, \frac{2}{5}\right)$、$B(1, 1, 0)$、$C(-1, 1, 0)$。 向量 $\overset{\large\rightharpoonup}{BC} = (-2, 0, 0)$,向量 $\overset{\large\rightharpoonup}{BV} = \left(-1, -1, \frac{2}{5}\right)$。 其法向量為 $$\overset{\large\rightharpoonup}{n}_2 = \overset{\large\rightharpoonup}{BC} \times \overset{\large\rightharpoonup}{BV} = \left(0, \dfrac{4}{5}, 2\right)$$。 乘上 $\frac{5}{2}$ 簡化得 $\overset{\large\rightharpoonup}{n}_2 = (0, 2, 5)$。 4. 計算兩面角 $\phi$ 的餘弦值(即兩法向量的夾角餘弦值): $$\cos \phi = \dfrac{\overset{\large\rightharpoonup}{n}_1 \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{n}_2}{|\overset{\large\rightharpoonup}{n}_1| |\overset{\large\rightharpoonup}{n}_2|}$$。 而 $$\overset{\large\rightharpoonup}{n}_1 \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{n}_2 = 2 \times 0 + 0 \times 2 + 5 \times 5 = 25$$, $$|\overset{\large\rightharpoonup}{n}_1| = \sqrt{2^2 + 0^2 + 5^2} = \sqrt{29}$$,$$|\overset{\large\rightharpoonup}{n}_2| = \sqrt{0^2 + 2^2 + 5^2} = \sqrt{29}$$。 故餘弦值的絕對值為 $$|\cos \phi| = \dfrac{25}{\sqrt{29} \sqrt{29}} = \dfrac{25}{29}$$。 故相鄰斜面夾角的餘弦函數的絕對值為 $\dfrac{25}{29}$。

題目來源:大學入學考試中心公開試題。

解析狀態:本解析由 AI 輔助產出,未經人工審核,非官方詳解,僅供學習參考。如與官方公告不同,請以官方公告為準。