题目内容

(本小题满分12分)如图,正方形所在的平面与平面垂直,的交点,,且

 

 
  (1)求证:平面

  (2)求直线与平面所成的角的大小;
(3)求二面角的大小.
(Ⅰ)见解析   (Ⅱ)   (Ⅲ)

 

 
 
 
法一:(Ⅰ)∵四边形是正方形,

.  ………………………1分
∵平面平面,又∵
平面.         ……………………2分
平面.……………3分
平面.           ………………4分
(Ⅱ)连结
平面
是直线与平面所成的角.………5分
,则
,  ………………………6分
. 
即直线与平面所成的角为…8分
(Ⅲ)过,连结.  ……………………9分
平面平面
是二面角的平面角.……10分
∵平面平面平面

中,,有
由(Ⅱ)所设可得

. ………………10分

∴二面角等于.     ……………………12分
解法二: ∵四边形是正方形,
∵平面平面平面,    ………2分
∴可以以点为原点,以过点平行于的直线为轴,
分别以直线轴和轴,建立如图所示的空
间直角坐标系
,则

      是正方形的对角线的交点,
.……………4分
(Ⅰ)

,  ……………………………………4分
平面. ………………5分
(Ⅱ)平面为平面的一个法向量,…………6分
.……………7分
.∴直线与平面所成的角为.  ……8分
(Ⅲ) 设平面的法向量为,则

     即
,则,则.………………10分
又∵为平面的一个法向量,且
,设二面角的平面角为,则.∴二面角等于.…12分
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