题目内容

(本小题满分12分)

如图,已知分别是正方形的中点,交于点都垂直于平面,且是线段上一动点.

       (Ⅰ)求证:平面平面

       (Ⅱ)若平面,试求的值;

       (Ⅲ)当中点时,求二面角的余弦值.

解析:法1:(Ⅰ)连结

平面平面

又∵

平面

又∵分别是的中点,

平面,又平面

∴平面平面;---------------------------------------4分

(Ⅱ)连结

平面,平面平面

,故  ----------------------------6分

(Ⅲ)∵平面平面,∴

在等腰三角形中,点的中点,∴

为所求二面角的平面角, ---------------------------------8分

∵点的中点,∴

所以在矩形中,可求得

--------------------10分

中,由余弦定理可求得

∴二面角的余弦值为.------------------------------12分

法2:(Ⅰ)同法1;

(Ⅱ)建立如图所示的直角坐标系,则

设点的坐标为,平面的法向量为,则

       所以,即,令,则

平面,∴,即,解得

,即点为线段上靠近的四等分点;故      --------------------------8分

(Ⅲ),则,设平面的法向量为

,即,令

,即

中点时,,则

∴二面角的余弦值为.-------12分

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