题目内容

【题目】如图,在三棱锥中,底面,.点、、分别为棱、、的中点,是线段的中点,,.

(1)求证:平面;

(2)求二面角的正弦值;

(3)已知点在棱上,且直线与直线所成角的余弦值为,求线段的长.

【答案】(1)见解析;(2);(3)4

【解析】

(1)取中点,连接、,证明平面平面得到答案.

(2)以为原点,分别以、、所在直线为、、轴建立空间直角坐标系.平面的一个法向量为,平面的一个法向量为,计算夹角得到答案.

(3)设,则,,,利用夹角公式计算得到答案.

(1)取中点,连接、,∵为中点,∴,

∵平面,平面,∴平面.

∵为中点,∴,

又、分别为、的中点,∴,则.

∵平面,平面,∴平面.

又,平面,平面

∴平面平面,又平面,则平面.

(2)∵底面,.

∴以为原点,分别以、、所在直线为、、轴建立空间直角坐标系.

∵,,

∴,,,,,,

则,,设平面的一个法向量为,

由,得,取,得.

由图可得平面的一个法向量为.

∴.

∴二面角的余弦值为,则正弦值为.

(3)设,则,,.

∵直线与直线所成角的余弦值为,∴.

解得:或(舍).

∴当与重合时直线与直线所成角的余弦值为,此时线段的长为4.

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