题目内容

【题目】如图,在四棱锥中,底面是正方形,其他四个侧面都是等边三角形,与的交点为,为侧棱上一点.

(Ⅰ)求证:平面平面;

(Ⅱ)当二面角的大小为时,

试判断点在上的位置,并说明理由.

【答案】(Ⅰ)证明见解析;(Ⅱ)点是的中点.

【解析】

(Ⅰ)解法一:由四棱锥的侧面都是等边三角形,可得,再由O为底面中心,可得,,由线面垂直的判定可得,从而得到平平面平面;

解法二:建立空间直角坐标系,利用空间向量证明即可;

(Ⅱ)这是一个一个二面角为条件,写出点的位置,做法同求两个平面的夹角一样,设出求出法向量,根据两个向量的夹角得到点要满足的条件,求出点的位置.

证明:(Ⅰ)解法一:

由已知可得,,是中点,所以.

又因为四边形是正方形,所以.

因为,所以.

又因为,所以平面平面.

解法二:证明:由(Ⅰ)知,.

建立如图所示的空间直角坐标系.

设四棱锥的底面边长为2,

则,,,,,.

所以,.

设(),由已知可求得.

所以,.

设平面法向量为,

则 即

令,得.

易知是平面的法向量.

因为,

所以,所以平面平面.

(Ⅱ)解:设(),由(Ⅱ)可知,

平面法向量为.

因为,

所以是平面的一个法向量.

由已知二面角的大小为.

所以,

所以,解得.

所以点是的中点.

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