题目内容
【题目】如图,四边形是梯形,四边形是矩形,且平面平面,,,是线段上的动点.
(1)试确定点的位置,使平面,并说明理由;
(2)在(1)的条件下,求平面与平面所成锐二面角的余弦值.
【答案】(1)是线段的中点,理由见解析 (2)
【解析】
(1)当是线段的中点时,平面.连结,交于,连结,利用三角形中位线定理能够证明平面.
(2)法一:过点作平面与平面的交线,过点作于,过作于,连结,由已知条件推导出是平面与平面所成锐二面角的平面角,由此能求出所求二面角的余弦值.
法二:分别以,,的方向为,,轴,建立空间直角坐标系,利用向量法能求出平面与平面所成锐二面角的余弦值.
解:(1)当是线段的中点时,平面.
证明如下:
连结,交于,连结,
由于分别是,的中点,所以,
由于平面,又平面,
所以平面.
(2)方法1:过点作平面与平面的交线,
由于平面,可知,
过点作于,
因为平面平面,,
所以平面,则平面平面,
所以平面,
过作于,连结,则直线平面,
所以,
故是平面与平面所成锐二面角的平面角.
设,则,,
,则,
所以,即所求二面角的余弦值为.
方法2:
因为平面平面,,所以平面,
可知两两垂直,分别以的方向为轴,建立空间直角坐标系.
设,则,,,,设平面的法向量,
则所以
令,得平面的一个法向量,
取平面的法向量,
由,
故平面与平面所成锐二面角的余弦值为.
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