题目内容

【题目】如图,在四棱锥中,底面是平行四边形,,侧面底面.

(Ⅰ)求证:平面

(Ⅱ)过的平面交于点,若平面把四面体分成体积相等的两部分,求二面角的余弦值.

【答案】(I)详见解析;(II).

【解析】

(Ⅰ)由题意得到,从而.又由题意证得四边形为菱形,故得,于是平面.根据面面垂直的判定定理可得结论成立.(Ⅱ)由题意得中点,建立空间直角坐标系,求出平面和平面的法向量,根据两向量夹角的余弦值可得二面角的余弦值.

(Ⅰ)证明:因为,则

又侧面底面,平面平面平面

所以

因为平面,则

又因为,四边形为平行四边形,

,又

为等边三角形,则四边形为菱形,

所以

所以平面

所以平面平面

(Ⅱ)由平面把四面体分成体积相等的两部分,则中点.

由(Ⅰ)知,且四边形为菱形、.以A为原点建立如图所示的空间直角坐标系

,

设平面的法向量为

,得

,可得

同理,平面的法向量

所以

由图形得二面角为钝角,

所以二面角的余弦值为

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