题目内容

如图,已知四棱锥中,底面为菱形,平面,,分别是的中点.

(1)证明:平面;
(2)取,若为上的动点,与平面所成最大角的正切值为,求二面角的余弦值。
(1)详见解析;(2)

试题分析:(1)用线面垂直证,用等腰三角形中线即为高线证即,根据线面垂直得判定定理即可得证。(2)由(1)知平面,则为与平面所成的角。因为为定值,所以最短即最短时角的正弦值最大。故此时。故此可推导出的值,过作于,则平面,过作于,连接,则为二面角的平面角。也可采用空间向量法。
试题解析:解:方法一:(1)证明:由四边形为菱形,,可得为正三角形,因为为的中点,
所以                                1分
又,因此                       2分
因为平面,平面,
所以                         3分
而平面,平面,
所以平面  .              5分
(2)为上任意一点,连接由(1)知平面,则为与平面所成的角                    6分
在中,,
所以当最短时,即当时,最大 .              7分
此时,     因此
又,所以,
所以               8分
因为平面,平面,
所以平面平面
过作于,则平面,
过作于,连接,则为二面角的平面角,  10分
在中, 
又是的中点,在中,
又               11分
在中,
即所求二面角的余弦值为。                                  13分
第二问:方法二
(2)由(1)可知两两垂直,
以为坐标原点,建立如图所示的空间直角坐标系。 
设,则
(其中)                                6分

面的法向量为

与平面所成最大角的正切值为               7分
的最大值为,
即在的最小值为,
函数对称轴,
所以,计算可得                  9分
所以
设平面的一个法向量为,则
因此,取,则             11分
为平面的一个法向量.                      12分
所以
所以,所求二面角的余弦值为                               13分
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