题目内容
【题目】如图,在四棱锥中, ,且.
(Ⅰ)当时,证明:平面平面;
(Ⅱ)当四棱锥的体积为,且二面角为钝角时,求直线与平面所成角的正弦值.
【答案】(1)见解析(2)
【解析】试题分析:(Ⅰ)取的中点,连接,由正三角形的性质可得,由勾股定理可得,根据线面垂直的判定定理可得平面,从而根据面面垂直的判定定理可得平面平面;(Ⅱ)根据四棱锥的体积为,可得,∴,以为坐标原点,以为轴, 轴.在平面内过点作垂直于平面的直线为轴,建立空间直角坐标系,算出直线的方向向量与平面的法向量,根据空间向量夹角的余弦公式可得结果.
试题解析:(Ⅰ)取的中点,连接,
∵为正三角形,∴,
∵,∴,
∵,∴,
∴四边形为矩形,∴,
在中, , , ,∴,∴,
∵,∴平面,
∵平面,∴平面平面.
(Ⅱ)∵, , ,
平面,∴平面,
∵平面,∴平面平面,
∴过点作平面,垂足一定落在平面与平面的交线上.
∵四棱锥的体积为,
∴ ,∴,
∵,∴.
如图,以为坐标原点,以为轴, 轴.
在平面内过点作垂直于平面的直线为轴,建立空间直角坐标系,
由题意可知, , , , , ,
设平面的一个法向量为,则,得,
令,则,∴,
,设直线与平面所成的角为,
则 .
则直线与平面所成角的正弦值为.
【方法点晴】本题主要考查利用线面垂直、面面垂直的判定定理以及空间向量求线面角,属于难题.空间向量解答立体几何问题的一般步骤是:(1)观察图形,建立恰当的空间直角坐标系;(2)写出相应点的坐标,求出相应直线的方向向量;(3)设出相应平面的法向量,利用两直线垂直数量积为零列出方程组求出法向量;(4)将空间位置关系转化为向量关系;(5)根据定理结论求出相应的角和距离.
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