题目内容

【题目】如图,在四棱锥中,底面是边长为的正方形,

(1)求证:

(2)若分别为的中点,平面,求直线与平面所成角的大小.

【答案】(1)详见解析;(2).

【解析】试题分析:本题主要考查线面垂直的判定与性质、二面角的求解等基础知识,考查学生的分析问题解决问题的能力、空间想象能力、逻辑推理能力、计算能力.第一问,利用线面垂直的判定定理,先证出平面,利用线面垂直的性质定理得,在中再证明;第二问,先证明两两垂直,从而建立空间直角坐标系,求出平面的法向量,再求直线与平面所成角的正弦值,最后确定角.

试题解析:(1)连接交于点

因为底面是正方形,

所以的中点.

所以平面

由于平面,.

,.

解法1

的中点为,连接,∥=,

所以为平行四边形,

因为平面

所以平面

所以,的中点为,

所以.

平面,又可得

,又

所以平面

所以,,

所以平面

(注意:没有证明出平面,直接运用这一结论的,后续过程不给分)

由题意,两两垂直, ,为坐标原点,向量的方向为轴的正方向建立如图所示的空间直角坐标系,

为平面的一个法向量.

设直线与平面所成角为

所以直线与平面所成角为.

解法2:设的中点为,连接,∥=,

所以为平行四边形,

因为平面

所以平面

所以,

的中点为,所以.

同理,又,又

所以平面

所以,,

所以平面

连接,设交点为,连接,设的中点为,连接

则在三角形中,,所以平面

又在三角形中,

所以即为直线与平面所成的角.

,,

所以在直角三角形,,

所以,直线与平面所成的角为.

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