题目内容

【题目】已知四棱锥,点在底面上的射影是的中点

1)求证:直线平面

2)若分别为的中点,求直线与平面所成角的正弦值;

3)当四棱锥的体积最大时,求二面角的大小.

【答案】1)证明见解析(23

【解析】

1)连接,由题意可得出平面,可得出,由等腰三角形三线合一的思想可得出,再利用线面垂直的判定定理可得出结论;

2)以点为坐标原点,所在直线分别为轴建立空间直角坐标系,先由求出点的坐标,然后利用空间向量法可求出直线与平面所成角的正弦值;

3)设,则,利用基本不等式求出三棱锥体积的最大值,求出的值,以点为坐标原点,所在直线分别为轴建立空间直角坐标系,利用空间向量法可求出二面角的大小.

1)连接,因为平面平面,所以

又因为,且的中点,故

,所以平面

2)以为原点,所在直线分别为轴建立直角坐标系如图所示,

于是,解得.即

所以

设平面的法向量为

,令,得

所以

故直线与平面所成角的正弦值为

3)设,则

所以

当且仅当时取等号,此时

为原点,所在直线分别为轴建立空间直角坐标系如图所示,

设平面的法向量为

,令,得

同理,可得平面的一个法向量为的

所以

又因为二面角为钝二面角,所以二面角的大小为

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