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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