题目内容

【题目】如图,已知BD为圆锥AO底面的直径,若,C是圆锥底面所在平面内一点,,且AC与圆锥底面所成角的正弦值为.

(1)求证:平面平面ACD;

(2)求二面角的平面角的余弦值.

【答案】(1)证明见解析

(2)

【解析】

(1)首先找到AC与圆锥底面所成角,求出,可得,结合圆锥的性质,可证明平面AOC,进而可得平面平面ACD;

(2)解法一:建立空间直角坐标系,求出平面ACD的一个法向量和平面ABD的一个法向量,通过夹角公式,可求得两法向量的夹角,进而得到二面角的平面角的余弦值;解法二:过点O作交于F.过F作交DC于H,连接HO,

得为二面角的平面角,通过三角形的边角关系求出的余弦.

(1)证明:由及圆锥的性质,

所以为等边三角形,圆O所在平面,

所以,是AC与底面所成角,

又AC与底面所成的角的正弦值为,

在中,,,

由,,

在中,,

所以,

圆锥的性质可知:圆O所在平面,

因为圆O所在平面,所以,

又AO,平面AOC,所以平面AOC,

又平面ACD,

故平面平面ACD;

(2)解法一:在圆O所在平面过点O作BD的垂线交圆O于点E,以O为坐标原点,OE为x轴,OD为y轴,OA为z轴,建立如图空间直角坐标系,

由题可知,,,,

由,,

所以,

设平面ACD的一个法向量为,

因为,,

所以

取,则,

平面ABD的一个法向量为,

所以,

二面角的平面角的余弦值为.

解法二:过点O作交于F.过F作交DC于H,连接HO,

所以为二面角的平面角,

在中,因为,,

所以,,

因为,

所以,即

则,

故C是HD的中点,

所以,

在中,,

即,

所以.

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