题目内容
(本小题满分12分)
如图,已知,分别是正方形边、的中点,与交于点,、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)当是中点时,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,点为的中点,∴,
∴为所求二面角的平面角, ---------------------------------8分
∵点是的中点,∴,
所以在矩形中,可求得,,,
--------------------10分
在中,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,,
故,
∵平面,∴,即,解得,
故,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,
则,即,令,
则,,即,
当是中点时,,则
,
∴,
∴二面角的余弦值为.-------12分
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