题目内容
【题目】如图,三棱柱中, 平面, , .过的平面交于点,交于点.
(l)求证: 平面;
(Ⅱ)求证:四边形为平行四边形;
(Ⅲ)若是,求二面角的大小.
【答案】(1)见解析(2) 见解析(3)
【解析】试题分析:(Ⅰ)由线面垂直的性质 可得,由菱形的性质可得.从而由线面垂直的判定定理可得平面;(Ⅱ)先证明平面,再根据线面平行的性质可得,根据面面平行的性质可得,从而得四边形为平行四边形;(Ⅲ)在平面内,过作.因为 平面,所以,以 为轴建立空间直角坐标系,可知平面的法向量为,根据向量垂直数量积为零列方程组求出平面的法向量,利用空间向量夹角余弦公式可得结果.
试题解析:(Ⅰ)因为 平面,所以 .
因为 三棱柱中, ,所以 四边形为菱形,
所以 . 与在平面内相交.
所以 平面.
(Ⅱ)因为 , 平面,所以 平面.
因为 平面平面,所以 .
因为 平面平面,
平面平面,平面平面,
所以 .
所以 四边形为平行四边形.
(Ⅲ)在平面内,过作.
因为 平面,
如图建立空间直角坐标系.
由题意得, , , , , .
因为 ,所以 ,
所以 .
由(Ⅰ)得平面的法向量为.
设平面的法向量为,
则 即
令,则, ,所以 .
所以 .
由图知 二面角的平面角是锐角,
所以 二面角的大小为.
【方法点晴】本题主要考查线面垂直的判定定理、线面平行的性质、面面平行的直线以及利用空间向量求二面角,属于难题. 空间向量解答立体几何问题的一般步骤是:(1)观察图形,建立恰当的空间直角坐标系;(2)写出相应点的坐标,求出相应直线的方向向量;(3)设出相应平面的法向量,利用两直线垂直数量积为零列出方程组求出法向量;(4)将空间位置关系转化为向量关系;(5)根据定理结论求出相应的角和距离.
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