题目内容

【题目】如图,在正方形中,点,分别是,的中点,将分别沿,折起,使两点重合于.

(Ⅰ)求证:平面;

(Ⅱ)求二面角的余弦值.

【答案】(Ⅰ)详见解析(Ⅱ)

【解析】

试题分析:(Ⅰ)证明面面垂直,一般利用面面垂直判定定理,即从线面垂直出发给予证明,而线面垂直的证明往往利用线面垂直判定与性质定理,即从线线垂直出发给予证明,而线线垂直的寻找与论证往往需结合平几知识进行:连接交于,则根据等腰三角形性质得,(Ⅱ)求二面角,一般利用空间向量进行求解,先根据条件建立空间直角坐标系,设立各点坐标,利用方程组解出各面法向量,利用向量数量积求法向量夹角,最后根据二面角与向量夹角之间关系求解

试题解析:(Ⅰ)证明:连接交于,连接.

在正方形中,点是中点,点是中点,

所以,

所以,

所以在等腰中,是的中点,且,

因此在等腰中,,

从而,

又,

所以平面,

即平面.…………………6分

(Ⅱ)方法一:

在正方形中,连接,交于,设正方形的边长为2,

由于点是中点,点是中点,

所以,

于是,

从而,

所以,

于是,在翻折后的几何体中,为二面角的平面角,

在正方形中,解得,,

所以,在中,,,,

由余弦定理得,

所以,二面角的余弦值为.………………………………12分

方法二:

由题知两两互相垂直,故以为原点,向量方向分别为,,轴的正方向,建立如图的空间直角坐标系.

设正方形边长为2,则,,,.

所以,.

设为平面的一个法向量,

由得,

令,得,

又由题知是平面的一个法向量,

所以.

所以,二面角的余弦值为.………………………………12分

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