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,连接,由已知,证得四边形是平行四边形,即的中点,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,轴,轴,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,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,所以的中点.

因为的中点,所以的中位线.

所以,且

平面.

(Ⅱ)以为原点,轴,轴,

轴,建立空间直角坐标系.不妨设

平面

为测棱与底面所成的角,即

,所以

,则

设平面的法向量

,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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