题目内容


如图,在四棱锥中,底面是边长为的正方形,,,且.

(Ⅰ)求证:平面;

(Ⅱ)求二面角的余弦值;

(Ⅲ)棱上是否存在一点,使直线与平面所成的角是?若存在,求的长;若不存在,请说明理由.


(Ⅰ)证明:在正方形中,.

因为,,

所以 平面.                       

因为 平面,

所以 .                                  

同理,.

因为 ,

      所以 平面.                         

(Ⅱ)解:连接,由(Ⅰ)知平面.

因为 平面,

所以 .                                  

因为 ,,

所以 .                                     

分别以,,所在的直线分别为,,轴,建立空间直角坐标系,如图所示.

      由题意可得:,,,.

      所以 ,,,.                         

      设平面的一个法向量,

      则 即 令,得.

所以 .

      同理可求:平面的一个法向量.      

      所以 .

      所以 二面角的余弦值为.             

(Ⅲ)存在.理由如下:

      若棱上存在点满足条件,设,.

      所以 .       因为 平面的一个法向量为.

      所以 .

      令 解得:.

     经检验.                          

     所以 棱上存在点,使直线与平面所成的角是,此时的长为.                                               

                                                     


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