题目内容

【题目】如图,在三棱锥中,的中点,平面,垂足落在线段上,的重心,已知.

1)证明:平面

2)求异面直线所成角的余弦值;

3)设点在线段上,使得,试确定的值,使得二面角为直二面角.

【答案】1)证明见解析;(2;(3.

【解析】

1)方法一:由重心的性质得出,再由,结合相似三角形的性质得出,再利用直线与平面平行的判定定理得出平面

方法二:以为原点,以射线轴的正半轴,建立空间直角坐标系,利用重心的坐标公式计算出点的坐标,可计算出,可证明出,再利用直线与平面平行的判定定理得出平面

2)计算出,利用向量的坐标运算计算出,即可得出异面直线所成角的余弦值;

3)由,得出,可求出的坐标,然后可计算出平面(即平面)的一个法向量和平面的一个法向量,由题意得出,结合空间向量数量积的坐标运算可求出实数的值.

1)方法一:如图,连接,因为的重心,的中点,

所以,,又因为平面平面平面

方法二:以为原点,以射线轴的正半轴,建立空间直角坐标系

的重心,则点的坐标为

,即

又因为平面平面平面

2

所以异面直线所成角的余弦值

3

设平面的法向量为,平面的法向量为

,得,即,令,可得

所以,平面的一个法向量为

,得,得

,则

所以,平面的一个法向量为

由于二面角为直二面角,所以,

,解得,合乎题意.

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