题目内容

如图,侧棱垂直底面的三棱柱中,,,,是侧棱上的动点.

    

       (Ⅰ)当时,求证:;

       (Ⅱ)试求三棱锥的体积取得最大值时的值;

       (Ⅲ)若二面角的平面角的余弦值为,试求实数的值.

 


解:(Ⅰ)证法一:∵面,∴,.

又∵,∴四边形是正方形,

∴.   ………1分

∵,

∴.    ………2分

又∵,  ∴.  ………3分

∵,

∴.   ………4分

证法二:∵面,∴,.

又∵,

∴分别以所在直线为轴建立空间直角坐标系.……1分

则,

,

∴,  …2分

 ∴. …3分

又∵

∴.   …4分

证法三:∵面,∴,.

又∵,

∴分别以所在直线为轴建立空间直角坐标系.……1分

则,

.

 设平面的法向量,

则,解得.

 令,则,    ……3分

∵,    ∴.    ……4分

(Ⅱ)∵,

∴点到平面的距离等于点到平面的距离

∴,  …5分

    ,

   令,得(舍去)或,

列表,得

1

+

0

-

递增

极大值

递减

∴当时,.   …8分

(Ⅲ)分别以所在直线为轴建立空间直角坐标系.

则,

,

,.   ……9分

 设平面的法向量,

则,解得,

 令,则.   …10分

 设平面的法向量,

则.

由于,所以解得.

令,则.  …11分

设二面角的平面角为,

则有.

       化简得,解得(舍去)或.

       所以当时,二面角的平面角的余弦值为.  …13分

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