题目内容

在如图所示的几何体中,四边形是菱形,是矩形,平面⊥平面的中点.

(Ⅰ)求证://平面

(Ⅱ)在线段上是否存在点,使二面角的大小为?若存在,求出的长;若不存在,请说明理由.

 

【答案】

(1)详见解析;(2)存在,

【解析】

试题分析:(1)要 证明//平面,只需在平面内找一条直线与平行,连接于点,则的中位线,所以,则//平面;(2)(方法一:)先假设满足条件的点存在,由已知的垂直关系,找到二面角的平面角,然后在中计算,并判断是否小于1;(方法二:)找三条两两垂直相交的直线,建立空间直角坐标系,设点的坐标,并分别表示相关点的坐标,分别求两个 半平面的法向量,再利用空间向量的夹角公式列式,确定点的位置,并判断其是否在线段上.

试题解析:(1)连接,设和交于点,连接,因为==,所以四边形是平行四边形,中点,又因为中点,所以,又平面平面,所以//平面

(2)假设在线段上存在点,使二面角的大小为.

(解法一)延长交于点,过点,连接,因为四边形是矩形,平面⊥平面,所以⊥平面,又,所以,则,则就是二面角的平面角,则=中,,则,所以=,又在中,,故在线段上存在点,使二面角的大小为,此时的长为.

(解法二)由于四边形是菱形,的中点,,所以是等边三角形,则,有因为四边形是矩形,平面⊥平面,所以,如图建立空间直角坐标系,设平面的法向量为,则,得,令,所以,又平面的法向量,解得

故在线段上存在点,使二面角的大小为,此时的长为.

考点:1、线面平行的判定;2、面面垂直的性质定理;3、二面角的求法.

 

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