题目内容

【题目】如图,多面体是正三棱柱(底面是正三角形的直棱柱)沿平面切除一部分所得,其中平面为原正三棱柱的底面,,点D为的中点.

(1)求证:平面;

(2)求二面角的平面角的余弦值.

【答案】(1)证明见解析;(2).

【解析】

(1)设与交于点E,连接、,由题意可得四边形是正方形,且,再由点D为的中点,平行且等于,求得CD,同理求得,得,可得,由线面垂直的判定可得;
(2)取BC的中点O,连接AO,可得AO⊥BC,由正棱柱的性质可得AO⊥平面,以O为坐标原点,向量、、分别为x、y,z轴建立空间直角坐标系,分别求出平面CBD与平面的一个法向量,由两法向量所成角的余弦值可得二面角的平面角的余弦值.

(1)设与交于点E,连接、.

∵多面体是正三棱柱沿平面切除部分所得,,

∴四边形是正方形,且.

∵点D为的中点,平行且等于,

∴.

同理,

∴.

∵E为的中点,

∴.

又∵,,

∴平面;

(2)取的中点O,连接.

∵为正三角形,.

由正棱柱的性质可得,平面平面,

且平面平面,

∴平面.

以点O为原点,向量、、分别为x、y,z轴正方向建立如图所示空间直角坐标系.

则,,,,

,,.

设平面的一个法向量为,

则,

令,得,,即.

由(1)可知,平面的一个法向量为.

,

又∵二面角的平面角为锐角,

∴二面角的平面角的余弦值为.

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