题目内容

【题目】如图1,在矩形中,,点在线段上,.沿翻折至的位置,平面,连结,点在线段上,,如图2.

1)证明:平面

2)当三棱锥的体积最大时,求二面角的余弦值.

【答案】1)证明见解析;(2.

【解析】

1)依题意得,可得出,在线段上取一点,满足,可求出,结合得出,从而可证出四边形为平行四边形,所以,再利用线面平行的判定定理,即可证出平面

2)设到平面的距离为,三棱锥的体积最大时,即取到最大值,从而得出当平面平面时,取得最大值,此时,建立空间直角坐标系,利用向量法分别求出平面和平面的法向量,运用向量法求二面角的公式,即可得出二面角的余弦值.

1)依题意得,在矩形中,

所以.

在线段上取一点,满足

又因为,所以

又因为,所以

因为,所以

所以四边形为平行四边形,所以

又因为平面平面

所以平面.

2)设到平面的距离为,又

所以,故要使三棱锥的体积取到最大值,仅需取到最大值.

的中点,连结,依题意得,则

因为平面平面平面

故当平面平面时,平面.

即当且仅当平面平面时,取得最大值,此时.

如图,以为坐标原点,的方向分别为轴,轴的正方向建立空间直角坐

标系,得

是平面的一个法向量,

,解得

又因为平面的一个法向量为

所以

因为为钝角,所以其余弦值等于

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