题目内容
【题目】如图,四棱锥的底面是边长为的正方形, 底面, 分别为的中点.
(Ⅰ)求证: 平面;
(Ⅱ)若,试问在线段上是否存在点,使得二面角 的余弦值为?若存在,确定点的位置;若不存在,请说明理由.
【答案】(Ⅰ)证明见解析;(Ⅱ)满足条件的 存在,是 中点
【解析】试题分析:(1)证明线面平行,一般利用线面平行判定定理,即从线线平行出发给予证明,而线线平行的寻找与论证,往往需要结合平几知识,如本题取PD中点M,利用三角形中位线性质得,再结合平行四边形性质得四边形EFMA为平行四边形,从而得出EF∥AM,(2)涉及二面角问题,一般利用空间向量进行解决,首先根据题意建立恰当的空间直角坐标系,设立各点坐标,利用方程组求各面的法向量,结合向量数量积求向量夹角,最后根据二面角与向量夹角的关系列等量关系,求出待定参数
试题解析:证明:(Ⅰ)取PD中点M,连接MF、MA,
在△PCD中,F为PC的中点,∴,
正方形ABCD中E为AB中点,∴,∴,
故四边形EFMA为平行四边形,∴EF∥AM,
又∵EF平面PAD,AM平面PAD,
∴EF∥平面PAD;
(Ⅱ)结论:满足条件的Q存在,是EF中点.理由如下:
如图:以点A为坐标原点建立空间直角坐标系,
则P(0,0,2),B(0,1,0),C(1,1,0),E(0, ,0),F(, ,1),
由题易知平面PAD的法向量为=(0,1,0),
假设存在Q满足条件:设,
∵,∴, ,λ∈,
设平面PAQ的法向量为,
由,可得,
∴,
由已知: ,解得: ,
所以满足条件的Q存在,是EF中点.
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