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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