题目内容
【题目】如图所示,在四面体中,
,平面
平面
,
,且
.
(1)证明:平面
;
(2)设为棱
的中点,当四面体
的体积取得最大值时,求二面角
的余弦值.
【答案】(1)见证明;(2)
【解析】
(1)根据面面垂直的性质得到平面
,从而得到
,利用勾股定理得到
,利用线面垂直的判定定理证得
平面
;
(2)设,利用椎体的体积公式求得
,利用导数研究函数的单调性,从而求得
时,四面体
的体积取得最大值,之后利用空间向量求得二面角的余弦值.
(1)证明:因为,平面
平面
,
平面平面
,
平面
,
所以平面
,
因为平面
,所以
.
因为,所以
,
所以,
因为,所以
平面
.
(2)解:设,则
,
四面体的体积
.
,
当时,
,
单调递增;
当时,
,
单调递减.
故当时,四面体
的体积取得最大值.
以为坐标原点,建立空间直角坐标系
,
则,
,
,
,
.
设平面的法向量为
,
则,即
,
令,得
,
同理可得平面的一个法向量为
,
则.
由图可知,二面角为锐角,故二面角
的余弦值为
.

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