题目内容

【题目】如图所示,底面为菱形的直四棱柱被过三点的平面截去一个三棱锥(图一)得几何体(图二),E为的中点.

(1)点F为棱上的动点,试问平面与平面是否垂直?请说明理由;

(2)设,当点F为中点时,求锐二面角的余弦值.

【答案】(1)见解析;(2)

【解析】

(1)利用直四棱柱的几何特征可知 ,B1D1⊥平面CEA1,从而平面平面CEA1 ;(2) 分别以所在直线为轴的正方向,建立空间直角坐标系,求出平面与平面F的法向量,代入公式即可得到锐二面角的余弦值.

(1)平面平面,证明如下:

连接AC,BD相交于点O,

因为底面ABCD为菱形,所以AC⊥BD,

又因为直四棱柱上下底面全等,

所以由AC⊥BD得,

又因为CB=CD,,

所以CB1=CD1.

因为E为B1D1的中点,所以,

又,所以B1D1⊥平面CEA1,

又因为平面,

所以平面平面CEA1.

(2)连接OE,易知OE⊥平面ABCD,所以OB,OC,OE两两互相垂直,

所以分别以所在直线为轴的正方向,建立空间直角坐标系,如图所示,

则O(0,0,0),.(7分)

设平面的法向量为,则

,

令

所以.

同理设平面F的法向量为,则

,

令.

所以,

所以

,

所以所求的锐二面角的余弦值为

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