题目内容

【题目】如图,直三棱柱中,分别为的中点.

(1)证明:平面

(2)已知与平面所成的角为,求二面角的余弦值.

【答案】(1)见证明(2)

【解析】

解法1:(1)建立空间直角坐标系,利用直线的向量和平面法向量平行证明线面垂直;

2)设,利用与平面所成的角为得到的值,再求出两个面的法向量之间的夹角余弦值,得到二面角的余弦值.

解法2:(1)取中点,连接,易证平面,再证明,可得平面

2)设,利用与平面所成的角为得到的值,再求出两个面的法向量之间的夹角余弦值,得到二面角的余弦值.

解法3:(1)同解法2

(2)设,利用三棱锥等体积转化,得到到面的距离,利用与平面所成的角为得到的关系,解出,在两个平面分别找出垂直于交线,得到二面角,求出其余弦值.

解法1:

(1)以为坐标原点,射线轴的正半轴,建立如图所示的直角坐标系

,则

因为

所以

于是平面

(2)设平面的法向量

,取,得

因为与平面所成的角为

所以

解得

由(1)知平面的法向量

所以二面角的余弦值为

解法2:

(1)取中点,连接,

平面平面

平面,平面,

平面

中点,

四边形为平行四边形,

平面

(2)以为坐标原点,射线轴的正半轴,建立如图所示的直角坐标系

,则

设平面的法向量

,得

因为与平面所成的角为

所以

解得

由(1)知平面的法向量

所以二面角的余弦值为

解法3:

(1)同解法2.

(2)设,则,

到平面距离,设到面距离为

,即

因为与平面所成的角为

所以

而在直角三角形

所以

解得

因为平面平面,所以

平面平面所以,所以平面

平面,平面

所以为二面角的平面角,

,可得四边形是正方形,所以

所以二面角的余弦值为

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