题目内容

如图,已知四棱锥,底面为菱形,平面分别是的中点.

(1)证明:

(2)若,求二面角的余弦值.

 

(1)证明:见解析;(2)二面角的余弦值为

【解析】

试题分析:(1)首先可得为正三角形.

根据的中点,得到.进一步有

平面,证得

平面.即得

(2)思路一:利用几何方法.遵循“一作,二证,三计算”,过,有平面

,连接

即得为二面角的平面角,

中,.

思路二:利用“向量法”:由(1)知两两垂直,以为坐标原点,建立如图所示的空间直角坐标系,

确定平面的一法向量及为平面的一法向量.

计算

试题解析:(1)证明:由四边形为菱形,,可得为正三角形.

因为的中点,所以

,因此

因为平面平面,所以

平面平面

所以平面.又平面

所以. (7分)

(2)解法一:因为平面平面

所以平面平面

,则平面

,连接

为二面角的平面角,

中,

的中点,在中,

, 在中,

即所求二面角的余弦值为. (14分)

解法二:由(1)知两两垂直,以为坐标原点,建立如图所示的空间直角坐标系,又分别为的中点,所以

所以

设平面的一法向量为

因此

,则

因为

所以平面

为平面的一法向量.

所以

因为二面角为锐角,

所以所求二面角的余弦值为

考点:1.垂直关系;2.空间的角;3.空间向量方法.

 

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