题目内容
【题目】如图1,在矩形
中,
,
,点
在线段
上,
.把
沿
翻折至
的位置,
平面
,连结
,点
在线段
上,
,如图2.
![]()
(1)证明:
平面
;
(2)当三棱锥
的体积最大时,求二面角
的余弦值.
【答案】(1)证明见解析;(2)
.
【解析】
(1)依题意得,可得出
,
,在线段
上取一点
,满足
,可求出
,结合
得出
,从而可证出四边形
为平行四边形,所以
,再利用线面平行的判定定理,即可证出
平面
;
(2)设
到平面
的距离为
,三棱锥
的体积最大时,即
取到最大值,从而得出当平面
平面
时,
取得最大值,此时
,建立空间直角坐标系,利用向量法分别求出平面
和平面
的法向量,运用向量法求二面角的公式,即可得出二面角
的余弦值.
(1)依题意得,在矩形
中,
,
,
,
所以
,
.
在线段
上取一点
,满足
,
又因为
,所以
,
故
,
又因为
,所以
,
因为
,所以
,
所以四边形
为平行四边形,所以
,
又因为
平面
,
平面
,
所以
平面
.
![]()
(2)设
到平面
的距离为
,
,又
,
所以
,故要使三棱锥
的体积取到最大值,仅需
取到最大值.
取
的中点
,连结
,依题意得
,则
,
因为平面
平面
,
,
平面
,
故当平面
平面
时,
平面
,
.
即当且仅当平面
平面
时,
取得最大值,此时
.
如图,以
为坐标原点,
,
的方向分别为
轴,
轴的正方向建立空间直角坐
标系
,得
,
,
,
,
,
![]()
设
是平面
的一个法向量,
则![]()
得
令
,解得
,
又因为平面
的一个法向量为
,
所以
,
因为
为钝角,所以其余弦值等于![]()
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