题目内容

(本题满分16分)已知在棱长为的正方体中,为棱的中点,为正方形的中心,点分别在直线和上.

(1)若分别为棱,的中点,求直线与所成角的余弦值;

 (2)若直线与直线垂直相交,求此时线段的长;

 (3)在(2)的条件下,求直线与所确定的平面与平面所成的锐二面角的余弦值.

解:(1)以D为空间直角坐标系的原点,DA所在直线为x轴,DC所在直线为y轴,建立如图所示的空间直角坐标系,则,,……3分

设与所成的角为,

   

则

直线与所成角的余弦值为.……………………………………… 5分

  (2)设点,则=,=,=,

       即 

……⑴……………………………………………………………………8分

设直线与直线确定平面,其法向量=,

即,令,得=

设直线与直线确定平面,其法向量=,

即,令,得=

与直线相交,∥  =,……………⑵…………11分

由⑴ ⑵联立方程组    解得,,

,… 13分

(本小问也可落实三条直线共面的条件得到点坐标)

(3)由(2)得=,平面的法向量=,=

直线与所确定的平面与平面所成的锐二面角的余弦值为

……………………………………………………………………………………… 16分

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