题目内容

【题目】如图,在四棱锥中,底面是边长为2的菱形,,侧面为正三角形,侧面底面,、分别为棱、的中点.

(Ⅰ)求证:平面;

(Ⅱ)求证:平面平面;

(Ⅲ)在棱上是否存在一点,使得平面?若存在,求的值;若不存在,请说明理由.

【答案】(1)见解析(2)见解析(3)

【解析】分析:(Ⅰ)取的中点,连接、,可得,,从而得平面平面,因为平面,所以平面;(Ⅱ)由等腰三角形的性质,,因为,所以,由线面垂直的判定定理可得平面.

由面面垂直的判定定理可得结论;(Ⅲ)设与的交点为,过点作平面.如图,以为坐标原点,建立空间直角坐标系,设,,所以,由,从而可得结果.

详解:(Ⅰ)法1:取的中点,连接、.则

,.

又因为、平面,,

、平面,,

所以,平面平面,

因为平面,

所以平面.

法2:取的中点,连接、,

因为,,

所以,

所以四边形为平行四边形,

所以.

又因为平面,平面,

所以平面.

(Ⅱ)法1:

因为,为棱的中点,

所以,

因为,为棱的中点,

所以,

由(Ⅰ)法2知,,

所以,

又因为,、平面,

所以平面.

又因为平面,

所以,平面平面.

法2:

设与的交点为,过点作平面.如图,以为坐标原点,建立空间直角坐标系,则

,,,,

,,,

设平面的法向量为,则,

所以,

令,则,,所以;

设平面的法向量为,则,

所以,

令,则,,所以;

因为,

所以平面平面.

法3:

由法1知,

由法2知,所以,

,

所以,

又平面,,

所以平面,

又平面,

所以平面平面.

(Ⅲ)在棱上存在一点,使得平面,.

理由如下:

假设存在这样的点,设,,

所以

.

由,

解得.

当时,,又,,

所以平面.

所以在棱上存在一点,使得平面,.

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