题目内容

【题目】已知三棱锥的展开图如图二,其中四边形为边长等于的正方形,和均为正三角形,在三棱锥中:

(1)证明:平面平面;

(2)若是的中点,求二面角的余弦值.

【答案】(1)见解析(2)

【解析】

(1)设的中点为,连接,,由边长关系得,从而可得平面,即可证明平面平面;

(2)由(1)问可知平面,所以以,,所在直线分别为轴,轴,轴建立如图示空间直角坐标系,利用向量法求出平面和平面的法向量,再利用二面角的公式即可得到二面角的余弦值。

(1)设的中点为,连接,,

由题意,得,,.

因为在中,,为的中点,所以,

因为在中,,,,

,所以

因为,,平面,所以平面,

平面,所以平面平面

(2)由(1)问可知平面,所以,,,于是以,,所在直线分别为轴,轴,轴建立如图示空间直角坐标系,

则,,,,,,

,,

设平面的法向量为,则

由得:.令,得,,即

.

设平面的法向量为,由得:

,令,得,,即

.由图可知,二面角的余弦值为.

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