题目内容

(本小题满分14分)如图,正方形所在的平面与平面垂直,的交点,,且

(Ⅰ)求证:平面

(Ⅱ)求直线与平面所成的角的大小;

(Ⅲ)求二面角的大小.

解法一:(Ⅰ)∵四边形是正方形,

.   ………………………1分

∵平面平面,    

又∵

平面.……………………3分

平面

. …………………………4分

平面.    ………………5分

 (Ⅱ)连结

平面

是直线与平面所成的角.           ……………………………5分

,则

,              ……………………………………………6分

.           

即直线与平面所成的角为.   …………………………………………8分

 (Ⅲ)过,连结.    ………………………………………9分

平面

平面

是二面角的平面角. ……10分

∵平面平面平面

中, ,有

由(Ⅱ)所设可得

.             …………………………………………12分

∴二面角等于.           ……………………………………………14分

解法二: ∵四边形是正方形 ,

∵平面平面

平面,                      ………………………………………2分

∴可以以点为原点,以过点平行于的直线为轴,分别以直线轴和轴,建立如图所示的空间直角坐标系

,则

是正方形的对角线的交点,

.…………………………………4分

 (Ⅰ)

,                 ………………………………………6分

平面.                      …………………………………7分

(Ⅱ) 平面

为平面的一个法向量,         ……………………………………………8分

.        ……………………………………………9分

∴直线与平面所成的角为.      ………………………………………10分

 (Ⅲ) 设平面的法向量为,则

      即

,则, 则.      ……………………………………………12分

又∵为平面的一个法向量,且

设二面角的平面角为,则

∴二面角等于.           ……………………………………………14分

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