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
为
的中点,得到
.进一步有
.
由
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
作
于
,有
平面
,
过
作
于
,连接
,
即得
为二面角
的平面角,
在
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
为
的中点,所以
.
又
,因此
.
因为
平面
,
平面
,所以
.
而
平面
,
平面
且
,
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
.
过
作
于
,则
平面
,
过
作
于
,连接
,
则
为二面角
的平面角,
![]()
在
中,
,
,
又
是
的中点,在
中,
,
又
, 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
,
则
因此![]()
取
,则
,
因为
,
,
,
所以
平面
,
故
为平面
的一法向量.
又
,
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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