题目内容
【题目】在如图所示的多面体中,
平面
,
平面
,
,且
,
是
的中点.
![]()
(1)求证:
;
(2)求平面
与平面
所成的二面角的正弦值;
(3)在棱
上是否存在一点
,使得直线
与平面
所成的角是
. 若存在,指出点
的位置;若不存在,请说明理由.
【答案】(1)见解析
(2)![]()
(3)在棱
上存在一点
,使直线
与平面
所成的角是
,点
为棱
的中点.
【解析】
(Ⅰ)由
,
是
的中点,得到
,进而得
,利用线面垂直的判定定理,证得
平面
,进而得到
.
(Ⅱ)以
为原点,分别以
为
轴,如图建立坐标系
,求得平面
和平面
的一个法向量
,利用向量的夹角公式,即可求解.
(Ⅲ)设
且
,求得
,利用向量的夹角公式,求得
,即可求解.
(1)证明:∵
,
是
的中点,∴
,
又
平面
,∴
,
∵
,∴
平面
,
∴
.
(2)以
为原点,分别以
,
为
,
轴,如图建立坐标系
.
则:
,
,
,
,
,
,
,
,
,
设平面
的一个法向量
,则:
,
取
,
,
,所以
,
设平面
的一个法向量
,则
取
,
,
,所以
,
.
故平面
与平面
所成的二面角的正弦值为
.
(3)在棱
上存在一点
,使得直线
与平面
所成的角是
,
设
且
,
,
∴
,
∴
,
,
,∴
,
若直线
与平面
所成的的角为
,
则
,解得
,
所以在棱
上存在一点
,使直线
与平面
所成的角是
,点
为棱
的中点.
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