题目内容

【题目】已知梯形中,,,,,上的点,的中点,沿将梯形折起,使平面平面.

1)当时,求证:

2)记以为顶点的三棱锥的体积为,求的最大值;

3)当取得最大值时,求二面角的大小.

【答案】证明见解析;最大值

【解析】

(1)由平面平面,,可得,进而由面面垂直的性质定理得到平面,进而建立空间坐标系,求出的方向向量,根据两个向量的数量积为,即可证得;

(2)根据等体积法,我们可得的解析式,根据二次函数的性质,易求出有最大值;

(3)根据(2)的结论,我们求出平面和平面的法向量,代入向量夹角公式即可得到二面角的余弦值.

解:(1)证明:因为平面平面,

,,

,平面,

,,

,故可如图建立空间坐标系

又因为的中点,,.

,,

,

(2)平面,

所以

,

即:有最大值为

(3)设平面的法向量为,

,,

,

,

平面

平面一个法向量为

.

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