题目内容
(07年湖南卷理)(12分)
如图2,
分别是矩形
的边
的中点,
是
上的一点,将
,
分别沿
翻折成
,
,并连结
,使得平面![]()
平面
,
,且
.连结
,如图3.
![]()
图2
![]()
图3
(I)证明:平面
平面
;
(II)当
,
,
时,求直线
和平面
所成的角.
解析:解法一:(I)因为平面
平面
,平面
平面
,
,
平面
,所以
平面
,又
平面
,
所以平面![]()
平面
.
(II)过点
作
于点
,连结
.
![]()
由(I)的结论可知,
平面
,
所以
是
和平面
所成的角.
因为平面
平面
,平面
平面![]()
,
,
平面
,所以
平面
,故
.
因为
,
,所以可在
上取一点
,使
,
又因为
,所以四边形
是矩形.
由题设
,
,
,则
.所以
,
,
,
.
因为
平面
,
,所以
平面
,从而
.
故
,
.
又
,由
得
.
故
.
即直线
与平面
所成的角是
.
解法二:(I)因为平面
平面
,平面
平面![]()
,
,
平面
,所以
平面
,从而
.又
,
所以
平面
.因为
平面
,所以平面![]()
平面
.
(II)由(I)可知,
平面
.故可以
为原点,分别以直线![]()
为
轴、
轴、
轴建立空间直角坐标系(如图),
![]()
由题设
,
,
,则
,
,
,相关各点的坐标分别是
,
,
,
.
所以
,
.
设
是平面
的一个法向量,
由
得
故可取
.
过点
作
平面
于点
,因为
,所以
,
于是点
在
轴上.
因为
,所以
,
.
设
(
),由
,解得
,
所以
.
设
和平面
所成的角是
,则
.
故直线
与平面
所成的角是
.
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