题目内容
【题目】用一个平行于底面的截面去截一个正棱锥,截面和底面间的几何体叫正棱台.如图,在四棱台
中,
,
分别为
的中点.
![]()
(Ⅰ)求证:
平面
;
(Ⅱ)若侧棱所在直线与上下底面中心的连线
所成的角为
,求直线
与平面
所成的角的余弦值.
【答案】(Ⅰ)证明见解析;(Ⅱ)
.
【解析】
(Ⅰ)连接
交
于
,连接
,
,由已知
,证得四边形
是平行四边形,即
是
的中点,再由三角形的中位线定理证得
,最后由线面平行的判定定理得证;
(Ⅱ)以
为原点,
为
轴,
为
轴,
为
轴,由已知关系分别表示
的坐标,进而表示
与平面
的法向量
,最后由空间向量求线面角的运算公式求得答案即可.
(Ⅰ)连接
交
于
,连接
,
,
在正四棱台
中,
,
分别为
的中点
所以四边形
是平行四边形,所以
是
的中点.
因为
是
的中点,所以
是
的中位线.
所以
,且
面
,
故
平面
.
![]()
(Ⅱ)以
为原点,
为
轴,
为
轴,
为
轴,建立空间直角坐标系.不妨设
,
过
做
于
,
平面![]()
则
为测棱与底面所成的角,即
,
,所以
,
,
,
,则
,![]()
设平面
的法向量![]()
则
,
令
,则
,![]()
设直线
与平面
所成的角为
,
所以
,
,
故直线
与平面
所成的角的余弦值为
. ![]()
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