题目内容
(本小题满分14分)如图,正方形
所在的平面与平面
垂直,
是
和
的交点,
,且
.
(Ⅰ)求证:
平面
;
(Ⅱ)求直线
与平面
所成的角的大小;
(Ⅲ)求二面角
的大小.
解法一:(Ⅰ)∵四边形
是正方形,
![]()
. ………………………1分
∵平面
平面
,
又∵
,
平面
.……………………3分
平面
,
![]()
. …………………………4分
平面
. ………………5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
,
,
. …………………………………………12分
.
.
∴二面角
等于
. ……………………………………………14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)
,
,
,
, ………………………………………6分
![]()
平面
. …………………………………7分
(Ⅱ)
平面
,
为平面
的一个法向量, ……………………………………………8分
,
. ……………………………………………9分
.
∴直线
与平面
所成的角为
. ………………………………………10分
(Ⅲ) 设平面
的法向量为
,则
且
,
且
.
即![]()
取
,则
, 则
. ……………………………………………12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
. ……………………………………………14分