题目内容
如图所示,已知AB为圆O的直径,点D为线段AB上一点,且
,点C为圆O上一点,且
.点P在圆O所在平面上的正投影为点D,PD=DB.
![]()
(1)求证:
;
(2)求二面角
的余弦值.
【答案】
(1)证明见解析;(2)
.
【解析】
试题分析:(1)先利用平面几何知识与线面垂直的性质证线线垂直,由线线垂直得到线面垂直,再由线面垂直得到线线垂直;(2)作出二面角的平面角,证明符合二面角的定义,再在三角形中求二面角的平面角,从而求出所求的二面角.
试题解析:(1)如图,连接
,
![]()
由
知,点
为
的中点,
又∵
为圆
的直径,
∴
,
由
知,
,
∴
为等边三角形,从而
.
∵点
在圆
所在平面上的正投影为点
,
∴
平面
,又
平面
,
∴
,
由
得,
平面
,
又
平面
,
∴
.
(2)方法1:(综合法)如图,过点
作
,垂足为
,连接
,
![]()
由(1)知
平面
,
又∵
平面
,
∴
,
又∵
,
∴
平面
,
又∵
平面
,
∴
,
∴
为二面角
的平面角.
由(Ⅰ)可知
,
,
∴
,则
,
∴在
中,
,
∴
,即二面角
的余弦值为
.
方法2:(坐标法)以
为原点,
、
和
的方向分别为
轴、
轴和
轴的正向,建立如图所示的空间直角坐标系,
![]()
设
,由
,
得,
,
,
∴
,
,
,
,
∴
,
,
,
由
平面
,知平面
的一个法向量为
.
设平面
的一个法向量为
,则
,即
,令
,则
,
,
∴
,
设二面角
的平面角的大小为
,
则
,
∴二面角
的余弦值为
.
考点:1.直线与平面垂直的判定;2.二面角的平面角及求法.
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