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 .

时,单调递增;

时,单调递减.

故当时,四面体的体积取得最大值.

为坐标原点,建立空间直角坐标系

.

设平面的法向量为

,即

,得

同理可得平面的一个法向量为

.

由图可知,二面角为锐角,故二面角的余弦值为.

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