题目内容
.(本小题满分14分)
如图7,在直三棱柱
中,
,
分别是
的中点,
是
的中点.
(1)求证:
;(2)求三棱锥
的体积;(3)求二面角
的余弦值.
![]()
【答案】
解:(1)证明:
证法一:在直三棱柱
中,
平面
,
平面![]()
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![]()
分别是
的中点,
……1分
在
中,![]()
![]()
易证![]()
在
中,![]()
![]()
同理可得![]()
为等边三角形, ……2分
又
是
的中点,
……3分
![]()
……4分
![]()
……5分
证法二:以
为原点,
、
、
分别为
轴、
轴、
轴的正方向,
的长度为单位长度建立空间直角坐标系. ……1分
由题设知点
的坐标分别为
.
![]()
![]()
,
,![]()
……2分
=0
![]()
,……3分
![]()
……4分
![]()
……5分
(2)解法一:取
的中点
,连![]()
![]()
![]()
又![]()
平面
……6分
![]()
……7分
……8分
![]()
![]()
……9分
解法二:取
的中点
,连![]()
![]()
![]()
又![]()
![]()
……6分
三棱锥
的体积为
……7分
……8分
![]()
=
……9分
解法三:易知
与
是全等的边长为
的等边三角形
![]()
等腰三角形
的底边
上的高为![]()
三角形
的面积为
……6分
由(1)知![]()
三棱锥
的体积为
……7分
……8分
![]()
![]()
……9分
(3)解法一:由
(2)解法一、二易知
平面
,过F作
于H,连接HE
是
的中点,
![]()
![]()
平面HEF,
平面HEF
平面
,平面![]()
即是所求二面角
的平面角. ……11分
在
中,![]()
![]()
……13分
二面角
的余弦值是
.……14分
解法二: 以
为原点,
、
、
分别为
轴、
轴、
轴的正方向,
的长度为单位长度建立空间直角坐标系. ……10分
由题设知点
的坐标分别为
.
![]()
![]()
,
,![]()
……11分
设平面
的法向量为![]()
,取
,得
.……12分
DA
……13分
结合图象知二面角
的余弦值是
.……14分
【解析】略
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