题目内容

(本小题12分)

如图,在三棱锥中,侧面是全等的直角三角形,是公共的斜边,且,另一个侧面是正三角形.

(I)求证:

(II)求二面角的余弦值;

(III)在直线是否存在一点,使直线与面角?若存在,确定的位置;若不存在,说明理由.

(1)见解析(2)(3)


解析:

该几何体可以视作从正方体中取出而得,如图所示.因此采用补形的思想方法入手解答.

(I)作,连结,则四边形是正方形,且,以为原点,以所在直线为轴,以所在直线为轴建立空间直角坐标系如图.                                              1分

易得                          3分

(II)设平面的法向量为,则由

则可取                       5分

同理可求得平面的一个法向量为       6分

由图可以看出,二面角的大小应等于

,即所求二面角的余弦值为.    8分

(III)设是线段上一点,则

易知平面的一个法向量可取,要使直线与平面 角,则的夹角为,                           

所以                 10分

解得,则

故线段上存在点,且时,直线与平面角     12分

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