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.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:)因为 平面,所以

因为 三棱柱 ,所以 四边形为菱形,

所以 在平面内相交.

所以 平面

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

在平面内,过

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

得平面的法向量为

设平面的法向量为

,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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