题目内容
【题目】如图,圆柱的轴截面是边长为2的正方形,点是圆弧上的一动点(不与重合),点是圆弧的中点,且点在平面的两侧.
(1)证明:平面平面;
(2)设点在平面上的射影为点,点分别是和的重心,当三棱锥体积最大时,回答下列问题.
(ⅰ)证明:平面;
(ⅱ)求平面与平面所成二面角的正弦值.
【答案】(1)见解析(2)(ⅰ)见解析(ⅱ)
【解析】
(1)证明垂直平面内的两条相交直线,再利用面面垂直的判定定理证明即可;
(2)当三棱锥体积最大时,点为圆弧的中点,所以点为圆弧的中点,所以四边形为正方形,且平面.(ⅰ)连接并延长交于点,连接并延长交于点,连接,则,再由线面平行的判定定理证得结论;(ⅱ)由平面垂直,所以以为坐标原点,所在直线为轴建立空间直角坐标系,求出平面的法向量,平面的法向量,求两向量夹角的余弦值,进而得到二面角的正弦值.
(1)因为是轴截面,所以平面,所以,
又点是圆弧上的一动点(不与重合),且为直径,所以,
又平面平面,所以平面,而平面,故平面平面.
(2)当三棱锥体积最大时,点为圆弧的中点,所以点为圆弧的中点,所以四边形为正方形,且平面.
(ⅰ)连接并延长交于点,连接并延长交于点,连接,则,
因为分别为两个三角形的重心,∴,
所以,又平面平面,所以平面.
(ⅱ)平面垂直,所以以为坐标原点,所在直线为轴建立空间直角坐标系,如图所示:
则,设平面的法向量,则即可取,
又平面的法向量,
所以,所以.
所以平面与平面所成二面角的正弦值为.
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