题目内容

【题目】如图,在四面体中,, .

(1)证明:;

(2)若,,四面体的体积为2,求二面角的余弦值.

【答案】(1)见解析;(2)

【解析】分析:(1)作Rt△斜边上的高,连结,易证平面,从而得证;

(2)由四面体的体积为2,,得,所以平面,以,,为,,轴建立空间直角坐标系,利用面的法向量求解二面角的余弦值即可.

详解:解法一:(1)如图,作Rt△斜边上的高,连结.

因为,,所以Rt△≌Rt△.可得.所以平面,于是.

(2)在Rt△中,因为,,所以,, ,△的面积.因为平面,四面体的体积,所以,,,所以平面.

以,,为,,轴建立空间直角坐标系.则, ,,,,,.

设是平面的法向量,则,即,可取.

设是平面的法向量,则,即,可取.

因为,二面角的平面角为钝角,所以二面角的余弦值为

解法二:(1)因为,,所以Rt△≌Rt△.可得.

设中点为,连结,,则,,所以平面,,于是.

(2)在Rt△中,因为,,所以△面积为.设到平面距离为,因为四面体的体积,所以.

在平面内过作,垂足为,因为,,所以.由点到平面距离定义知平面.

因为,所以.因为,,所以,,所以,即二面角的余弦值为.

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