题目内容

(2007山东,19)如下图,在直四棱柱中,已知,AD⊥DC,AB∥DC.

(1)设E是DC的中点,求证:∥平面;

(2)求二面角的余弦值.

答案:略
解析:

解析:解法一:(1)连接BE,则四边形DABE为正方形,

∴,且,

∴四边形为平行四边形.

∴.

又平面,平面,

∴.

(2)以D为原点,DA,DC,所在直线分别为x轴,y轴,z轴,建立如图所示的空间直角坐标系,不妨设DA=1,则D(0,0,0),A(1,0,0),B(1,1,0),(0,2,2),(1,0,2),

∴=(1,0,2),=(1,1,0).

设n=(x,y,z)为平面的一个法向量,

由,,

得

取z=1,则n=(-2,2,1).

又=(0,2,2),=(1,1,0),

设为平面的一个法向量,由,,

得

取,则m=(1,-1,1).

设m与n的夹角为α,二面角为θ,显然θ为锐角,

∴.∴.

即所求二面角的余弦值为.

解法二:(1)以D为原点,DA,DC,所在直线分别为x轴,y轴,z轴,建立如图所示的空间直角坐标系,

设DA=a,由题意知:

D(0,0,0),A(a,0,0),B(a,a,0),C(0,2a,0),(0,2a,2a),(a,0,2a),(0,0,2a),E(0,a,0),

∴=(0,a,-2a),=(a,0,2a),=(a,a,0).

又(0,a,-2a)=(a,a,0)-(a,0,2a),

∴.

∵,DB平面,平面,

∴.

(2)取DB的中点F,的中点M,连接,FM,由(1)及题意得知,M(0,a,a),

∴,

.

,

.

∴,FM⊥DB.

∴为所求二面角的平面角.

∴

.

所以二面角的余弦值为.

解法三:(1)证明:如解法一图,连接,AE,

设,AE∩BD=F,连接GF,

由题意知G是的中点,又E是CD的中点,

∴四边形ABED是平行四边形,故F是AE的中点,

∴在中,,

又GF平面,平面,

∴∥平面.

(2)如图,在四边形ABCD中,设AD=a,

∵AB=AD,AD⊥DC,AB∥DC,

∴AD⊥AB.

故,由(1)得,DC=2a,

∴∠DBC=90°,

即BD⊥BC.又,

∴BD⊥平面,又平面,∴.

取的中点M,连接,FM,由题意知,

∴FM⊥BD.又,∴.

∴为二面角的平面角,

连接,在中,由题意知:

,,

取的中点H,连接,HM,

在Rt中,∵,HM=a,

∴.

∴.

∴二面角的余弦值为.


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