题目内容
如图6,正方形所在平面与圆所在平面相交于,线段为圆的弦,垂直于圆所在平面,垂足是圆上异于、的点,,圆的直径为9.
(1)求证:平面平面;
(2)求二面角的平面角的正切值.
(1)求证:平面平面;
(2)求二面角的平面角的正切值.
(1)见解析 (2)
(1)证明:∵垂直于圆所在平面,在圆所在平面上,
∴.
在正方形中,,
∵,∴平面.
∵平面,
∴平面平面.
(2)解法1:∵平面,平面,
∴.
∴为圆的直径,即.
设正方形的边长为,
在△中,,
在△中,,
由,解得,.
∴.
过点作于点,作交于点,连结,
由于平面,平面,
∴.
∵,
∴平面.
∵平面,
∴.
∵,,
∴平面.
∵平面,
∴.
∴是二面角的平面角.
在△中,,,,
∵,
∴.
在△中,,
∴.
故二面角的平面角的正切值为.
解法2:∵平面,平面,
∴.
∴为圆的直径,即.
设正方形的边长为,
在△中,,
在△中,,
由,解得,.
∴.
以为坐标原点,分别以、所在的直线为轴、轴建立如图所示的空间直角坐标系,则,,,,
.
设平面的法向量为,
则即
取,则是平面的一个法向量.
设平面的法向量为,
则即
取,则是平面的一个法向量.
∵,
∴.
∴.
故二面角的平面角的正切值为.
∴.
在正方形中,,
∵,∴平面.
∵平面,
∴平面平面.
(2)解法1:∵平面,平面,
∴.
∴为圆的直径,即.
设正方形的边长为,
在△中,,
在△中,,
由,解得,.
∴.
过点作于点,作交于点,连结,
由于平面,平面,
∴.
∵,
∴平面.
∵平面,
∴.
∵,,
∴平面.
∵平面,
∴.
∴是二面角的平面角.
在△中,,,,
∵,
∴.
在△中,,
∴.
故二面角的平面角的正切值为.
解法2:∵平面,平面,
∴.
∴为圆的直径,即.
设正方形的边长为,
在△中,,
在△中,,
由,解得,.
∴.
以为坐标原点,分别以、所在的直线为轴、轴建立如图所示的空间直角坐标系,则,,,,
.
设平面的法向量为,
则即
取,则是平面的一个法向量.
设平面的法向量为,
则即
取,则是平面的一个法向量.
∵,
∴.
∴.
故二面角的平面角的正切值为.
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