题目内容

【题目】在如图所示的多面体中,平面平面,四边形为边长为2的菱形, 为直角梯形,四边形为平行四边形,且 .

(1)若 分别为 的中点,求证: 平面

(2)若 与平面所成角的正弦值为,求二面角的余弦值.

【答案】(1)见解析(2)

【解析】试题分析:(1)第(1)问,转化成证明平面 ,再转化成证明.(2)第(2)问,先利用几何法找到与平面所成角,再根据与平面所成角的正弦值为求出再建立空间直角坐标系,求出二面角的余弦值.

试题解析:

(1)连接,因为四边形为菱形,所以.

因为平面平面,平面平面 平面 ,所以平面.

平面,所以.

因为,所以.

因为,所以平面.

因为分别为 的中点,所以,所以平面

(2)设,由(1)得平面.

,得 .

过点,与的延长线交于点,取的中点,连接 ,如图所示,

,所以为等边三角形,所以,又平面平面,平面平面 平面,故平面.

因为为平行四边形,所以,所以平面.

又因为,所以平面.

因为,所以平面平面.

由(1),得平面,所以平面,所以.

因为,所以平面,所以与平面所成角.

因为 ,所以平面 平面,因为,所以平面平面.

所以 ,解得.

在梯形中,易证,分别以 的正方向为轴, 轴, 轴的正方向建立空间直角坐标系.

,及,得,所以 .

设平面的一个法向量为,由,得m=(3,1,2)

设平面的一个法向量为,由,得.

所以

又因为二面角是钝角,所以二面角的余弦值是.

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