题目内容

【题目】已知三棱锥(如图一)的平面展开图(如图二)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:

(Ⅰ)证明:平面平面;

(Ⅱ)若点为棱上一点且,求二面角的余弦值.

【答案】(Ⅰ)证明见解析;(Ⅱ).

【解析】

(Ⅰ)设的中点为,连接,,证明, ,平面,然后证明平面平面.

(Ⅱ)以,,所在直线分别为轴,轴,轴建立如图示空间直角坐标系,求出平面的法向量,平面的法向量,利用空间向量的数量积求解二面角的余弦值即可.

解:(Ⅰ)设的中点为,连接,.

由题意,得,, .

在中,,为的中点, ,

在中,,,, ,

.

,,平面,平面,

平面,平面平面.

(Ⅱ)由平面,, ,,

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,z=1,即.

.由图可知,二面角的余弦值为.

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