题目内容

【题目】如图1,平面五边形是由边长为2的正方形与上底为1,高为直角梯形组合而成,将五边形沿着折叠,得到图2所示的空间几何体,其中.

(1)证明:平面;

(2)求二面角的余弦值.

【答案】(1)见解析(2)

【解析】

(Ⅰ)以为原点,以平行于的方向为轴,平行于的方向为轴,建立空间直角坐标系.过点作的高,交于点,先证明出平面,设,根据,可求出,再利用向量法证明线线垂直,进而得到线面垂直;
(2)求出平面ABE的法向量、平面BCF的法向量,由即可求出线面角.

(1)以为原点,以平行于的方向为轴,平行于的方向为轴,建立如图所示的空间直角坐标系.

过点作的高,交于点.

由于,,

所以平面,所以,

又因为,,

所以平面.

设,由题设条件可得下列坐标:

,, ,,,.

,,由于,

所以,解得,

故,.

可求,

且,,

从而,.

因为平面,且,

故平面;

(2)由(1)得,,,.设平面的法向量,

由及得

令,由此可得.

设平面的法向量,

由及得

令,由此可得.

则,因为二面角大于,

则二面角的余弦值为.

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