题目内容

【题目】如图,在直三棱柱中, 分别是棱的中点,点在线段上(包括两个端点)运动

(1)为线段的中点时,

求证:;②求平面与平面所成锐二面角的余弦值;

(2)求直线与平面所成的角的正弦值的取值范围.

【答案】(1)①见解析;②;(2).

【解析】

(1)为正交基底建立如图所示的空间直角坐标系

由向量法证明线线垂直和计算二面角。(2)),设直线与平面所成的角为由向量坐标法求得

由导数法求得范围。

为正交基底建立如图所示的空间直角坐标系

.

因为分别是棱的中点,所以

(1)当为线段的中点时,则

因为 所以

因为设平面的一个法向量为

可得,取,则所以

又因为是平面的一个法向量,

设平面与平面所成的二面角的平面角为

.因为为锐角,所以

所以平面与平面所成锐二面角的余弦值为

(2)因为在线段上,所以设),解得

所以.

因为设平面的一个法向量为

可得,取所以

设直线与平面所成的角为

因为所以

所以,设

,设可求得的取值范围为

进一步可求得的取值范围为

所以直线与平面所成的角的正弦值的取值范围为.

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