题目内容

【题目】四棱锥中,底面为矩形, .侧面底面.

(1)证明:

(2)设与平面所成的角为,求二面角的余弦值.

【答案】(1)见解析(2)

【解析】【试题分析】(1中点为,连接,由已知,所以,根据面面垂直的性质定理,有平面,以为原点, 轴, 轴,建立空间直角坐标系,计算可得证.(2)设,利用直线和平面所成角为,计算,再利用平面和平面的法向量计算二面角的余弦值.

【试题解析】

解:(1)证法一:设中点为,连接

由已知,所以

而平面平面,交线为

平面

为原点, 轴, 轴,如图建立空间直角坐标系,并设

所以

,所以.

证法二:设中点为,连接,由已知,所以

而平面平面,交线为

平面,从而

在矩形中,连接,设交于

则由,所以

所以,故

由①②知平面

所以.

(2)由,平面平面,交线为,可得平面

所以平面平面,交线为

,垂足为,则平面

与平面所成的角即为角

所以

从而三角形为等边三角形,

(也可以用向量法求出,设,则,可求得平面的一个法向量为,而,由可解得

设平面的一个法向量为,则

, 可取

设平面的一个法向量为,则

,可取

于是

故二面角的余弦值为.

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