题目内容
【题目】用一个平行于底面的截面去截一个正棱锥,截面和底面间的几何体叫正棱台.如图,在四棱台中,
,
分别为
的中点.
(Ⅰ)求证:平面
;
(Ⅱ)若侧棱所在直线与上下底面中心的连线所成的角为
,求直线
与平面
所成的角的余弦值.
【答案】(Ⅰ)证明见解析;(Ⅱ).
【解析】
(Ⅰ)连接交
于
,连接
,
,由已知
,证得四边形
是平行四边形,即
是
的中点,再由三角形的中位线定理证得
,最后由线面平行的判定定理得证;
(Ⅱ)以为原点,
为
轴,
为
轴,
为
轴,由已知关系分别表示
的坐标,进而表示
与平面
的法向量
,最后由空间向量求线面角的运算公式求得答案即可.
(Ⅰ)连接交
于
,连接
,
,
在正四棱台中,
,
分别为
的中点
所以四边形是平行四边形,所以
是
的中点.
因为是
的中点,所以
是
的中位线.
所以,且
面
,
故平面
.
(Ⅱ)以为原点,
为
轴,
为
轴,
为
轴,建立空间直角坐标系.不妨设
,
过做
于
,
平面
则为测棱与底面所成的角,即
,
,所以
,
,
,
,则
,
设平面的法向量
则,
令,则
,
设直线与平面
所成的角为
,
所以,
,
故直线与平面
所成的角的余弦值为
.

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