题目内容

【题目】如图四棱锥中,底面,是边长为2的等边三角形,且,,点是棱上的动点.

(I)求证:平面平面;

(Ⅱ)当线段最小时,求直线与平面所成角的正弦值.

【答案】(I)证明见解析;(Ⅱ).

【解析】

(Ⅰ)由底面可得.取的中点,连接,根据等腰三角形的性质可得,于是得到平面,根据面面垂直的判定可得所证结论.(Ⅱ)取中点,连接,可证得,建立空间直角坐标系.然后根据向量的共线得到点的坐标,再根据线段最短得到点的位置,进而得到.求出平面的法向量后根据线面角与向量夹角间的关系可得所求.

(Ⅰ)证明:∵底面,底面,

∴.

取的中点,连接,

∵是等边三角形,,

∴,,

∴点共线,从而得,

又,

∴平面,

∵平面,

∴平面平面.

(Ⅱ)解:取中点,连接,则,

∴底面,

∴两两垂直.

以为原点如图建立空间直角坐标系,

则,

∴,

设平面的法向量为,

由,得,

令,得.

设,则,

∴,

∴当时,有最小值,且,此时.

设直线与平面所成角为,

则,

∴直线与平面所成角的正弦值为.

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