题目内容
【题目】在如图所示的多面体中,平面,平面,,且,是的中点.
(1)求证:;
(2)求平面与平面所成的二面角的正弦值;
(3)在棱上是否存在一点,使得直线与平面所成的角是. 若存在,指出点的位置;若不存在,请说明理由.
【答案】(1)见解析
(2)
(3)在棱上存在一点,使直线与平面所成的角是,点为棱的中点.
【解析】
(Ⅰ)由, 是的中点,得到,进而得,利用线面垂直的判定定理,证得平面,进而得到.
(Ⅱ)以为原点,分别以为轴,如图建立坐标系,求得平面和平面的一个法向量,利用向量的夹角公式,即可求解.
(Ⅲ)设且,求得,利用向量的夹角公式,求得,即可求解.
(1)证明:∵, 是的中点,∴,
又平面,∴,
∵,∴平面,
∴.
(2)以为原点,分别以, 为, 轴,如图建立坐标系.
则:, , , , ,
, , , ,
设平面的一个法向量,则: ,
取, , ,所以,
设平面的一个法向量,则
取, , ,所以,
.
故平面与平面所成的二面角的正弦值为.
(3)在棱上存在一点,使得直线与平面所成的角是,
设且, ,
∴,
∴, , ,∴,
若直线与平面所成的的角为,
则 ,解得,
所以在棱上存在一点,使直线与平面所成的角是,点为棱的中点.
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