题目内容

 

如图5所示,在三棱锥中,,平面平面于点

(1)证明△为直角三角形;

(2)求直线与平面所成角的正弦值.

 

 

 

 

 

 

【答案】

 

(本小题主要考查空间线面关系、直线与平面所成角、空间向量及坐标运算等知识,考查数形结合、化归与转化的数学思想方法,以及空间想象能力、推理论证能力和运算求解能力)

(1)证明1:因为平面平面,平面平面平面

所以平面.…………………………………………………………………………………1分

边上的中点为,在△中,,所以

因为,所以.………………3分

因为,所以△为直角三角形.

因为

所以.………4分

连接,在中,因为

所以.…………5分

因为平面平面,所以

中,因为

所以.………………………………6分

中,因为

所以

所以为直角三角形.……………………………………………………7分

证明2:因为平面平面,平面平面平面

所以平面.……………………………………………………1分

边上的中点为,在△中,因为,所以

因为,所以.………………3分

连接,在中,因为

所以.………………………………4分

在△中,因为

所以,所以.………………………………………5分

因为平面平面

所以.…………………………………………………………6分

因为,所以平面

    因为平面,所以

所以为直角三角形.……………………………………………………7分

 

(2)解法1:过点作平面的垂线,垂足为,连

为直线与平面所成的角.…………………………………8分

由(1)知,△的面积.…………………9分

因为,所以.…………………………10分

由(1)知为直角三角形,

所以△的面积.…………………11分

因为三棱锥与三棱锥的体积相等,即

,所以.……………………………………12分

中,因为

所以.………………………………13分

因为

所以直线与平面所成角的正弦值为.…………………………………………………14分

解法2:过点,设

与平面所成的角等于与平面所成的角.……………………………………8分

由(1)知,且

所以平面

因为平面

所以平面平面

过点于点,连接

平面

所以为直线与平面所成的角.……10分

中,因为

所以.……………………………………11分因为,所以,即,所以.………………………………12分

由(1)知,且

所以.……………………………………13分

因为

所以直线与平面所成角的正弦值为.…………………………………………………14分

解法3:延长至点,使得,连接,……………………………………8分

在△中,

所以,即

在△中,因为

所以

所以

因为

所以平面.…………………………………………………………………………………9分

过点于点

因为平面

所以

因为

所以平面

所以为直线与平面所成的角.……………………………………………………11分

由(1)知,

所以

在△中,点分别为边的中点,

所以.………………………………………………………12分

在△中,

所以,即.……………………………………………………………13分

因为

所以直线与平面所成角的正弦值为.…………………………………………………14分

解法4:以点为坐标原点,以所在的直线分别为轴,轴建立如图的空间直角坐标系,……………………………………………………………………8分

    则

于是

设平面的法向量为

,则

所以平面的一个法向量为.………………………………12分

设直线与平面所成的角为

所以直线与平面所成角的正弦值为.………………………………14分

   

若第(1)、(2)问都用向量法求解,给分如下:

(1)以点为坐标原点,以所在的直线分别为轴,轴建立如图的空间直角坐标系,……………………………………………………………………………1分

    则

于是

因为

所以

所以

所以为直角三角形.…………………………………………………………7分

(2)由(1)可得,

于是

设平面的法向量为

,则

所以平面的一个法向量为.…………………………………12分

设直线与平面所成的角为

所以直线与平面所成角的正弦值为.……………………………14分

 

 

练习册系列答案
相关题目

违法和不良信息举报电话:027-86699610 举报邮箱:58377363@163.com

精英家教网