题目内容

【题目】如图,在四棱锥中,侧面为钝角三角形且垂直于底面,,点是的中点,,,.

(Ⅰ)求证:平面平面;

(Ⅱ)若直线与底面所成的角为60°,求二面角余弦值.

【答案】(Ⅰ)见解析;(Ⅱ).

【解析】分析:(Ⅰ)取中点,连接,设,,由勾股定理可得,结合面面垂直的性质定理可得证;

(Ⅱ)过点作的垂线,交延长线于点,连接,可证得为斜线与底面所成的角,进而得,过点作,所以底面,所以两两垂直,建立空间直角坐标系,利用空间向量求解二面角即可.

详解:

(Ⅰ)证明:取中点,连接,设,,

依题意得,四边形为正方形,且有,,

所以,所以,

又平面底面,平面底面,底面,

所以平面.

又平面,所以平面平面

(Ⅱ)过点作的垂线,交延长线于点,连接,

因为平面底面,平面底面,

平面,所以底面,故为斜线在底面内的射影,

为斜线与底面所成的角,即

由(Ⅰ)得,,所以在中,,,,

在中,,,,由余弦定理得,

所以,从而,

过点作,所以底面,

所以两两垂直,如图,以点为坐标原点,为轴正方向,为轴正方向,为轴正方向建立空间直角坐标系,

则,,,

,,

设平面的法向量

得

取得,

设平面的法向量

得,

取得,,

所以

故所求的二面角的余弦值为.

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