题目内容

【题目】如图,三棱柱中,侧面为菱形且, , 分别为的中点, , ,

(Ⅰ)证明:直线∥平面

(Ⅱ)求二面角的余弦值.

【答案】(I)见解析;(II)

【解析】试题分析:(I)取中点,可证 两两互相垂直,建立以为原点, 分别为轴,建立空间直角坐标系,得出各点坐标,可求与平面的法向量,利用两向量垂直可证结论;(II)先求出二面角两半平面的法向量,利用法向量夹角与二面角平面角间关系可得结果. 

试题解析:解法一:∵,且为中点, ,∴

,∴

,∴平面

中点,则,即 两两互相垂直,

为原点, 分别为轴,建立空间直角坐标系如图(4), ∴

(I) ,设平面的法向量为

,取

,∴

平面, ∴直线∥平面

(II) 设平面的法向量为

,取

又由(Ⅰ)知平面的法向量为,设二面角

∵ 二面角为锐角,∴ 二面角的余弦值为

解法二:取中点,则,即,以为原点, 分别为轴,

建立空间直角坐标系如图(5),设点

,即,∴

可得:

,解得

下同解法二.

解法三:(Ⅰ)如图(6),取中点,连接,则有

为平行四边形, ∴

平面 平面,∴ 直线∥平面

(Ⅱ)由各棱长,易得,∴平面

中点,连接,过,连接

如图(8),可证: 平面

证明平面,可得

为所求的二面角的平面角,

中,求得: ,故所求的二面角的余弦值为

解法四:

(Ⅰ)如图(7),取中点,由

平面,∴ 直线∥平面

平面

∴ 直线∥平面

,∴平面∥平面

平面, ∴ 直线∥平面

(Ⅱ)同解法一.

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