题目内容

(本小题满分12分)如图,正方形所在的平面与平面垂直,是和的交点,,且.

 
   (1)求证:平面;

   (2)求直线与平面所成的角的大小;

   (3)求二面角的大小.

(Ⅰ) 见解析   (Ⅱ)   (Ⅲ)


解析:

 
 
法一:(Ⅰ)∵四边形是正方形,

.   ………………………1分

∵平面平面,又∵,

平面.          ……………………2分

平面,.……………3分

平面.            ………………4分

 (Ⅱ)连结,

平面,

是直线与平面所成的角. ………5分

设,则

,,   ………………………6分

, . 

即直线与平面所成的角为…8分

(Ⅲ)过作于,连结.   ……………………9分

平面,.平面.

是二面角的平面角. ……10分

∵平面平面,平面.

.

在中, ,有.

由(Ⅱ)所设可得

,,

.  ………………10分

..

∴二面角等于.      ……………………12分

解法二: ∵四边形是正方形 ,,

∵平面平面,平面,     ………2分

∴可以以点为原点,以过点平行于的直线为轴,

分别以直线和为轴和轴,建立如图所示的空

间直角坐标系.

设,则

,

      是正方形的对角线的交点,

.……………4分

(Ⅰ),,

,

,   ……………………………………4分

平面.  ………………5分

(Ⅱ) 平面,为平面的一个法向量,…………6分

,.……………7分

.∴直线与平面所成的角为.   ……8分

(Ⅲ) 设平面的法向量为,则且,

且.

      即

取,则, 则.………………10分

又∵为平面的一个法向量,且,

,设二面角的平面角为,则,.∴二面角等于.…12分

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