题目内容

【题目】如图,多面体,平面平面,,,,是的中点,是上的点.

(Ⅰ)若平面,证明:是的中点;

(Ⅱ)若,,求二面角的平面角的余弦值.

【答案】(Ⅰ)详见解析;(Ⅱ).

【解析】

(Ⅰ)利用线面平行的性质定理,可以证明出,,利用平行公理可以证明出,由中位线的性质可以证明出N是DP的中点;

(Ⅱ)方法1:在平面ABCD中作于垂足G,过G作于H,连接AH,利用面面垂直和线面垂直,可以证明出为二面角的平面角,在直角三角形中,利用锐角三角函数,可以求出二面角的平面角的余弦值;

方法2:由平面平面PBC,可以得到平面PBC,,

而即,于是可建立如图空间直角坐标系(C为原点),利用空间向量的数量积,可以求出二面角的平面角的余弦值.

(I)设平面平面,

因为平面PBC,平面ADP,所以,

又因为,所以平面PBC,

所以,

所以,

又因为M是AP的中点,所以N是DP的中点.

(II)方法1:

在平面ABCD中作于垂足G,

过G作于H,连接AH(如图),

因为平面平面PBC,,

所以平面PBC,,,,

所以平面PBC,,

所以平面,

所以为二面角的平面角,

易知,,又,

所以在中,易知,,,

所以.

(II)方法2:

因为平面平面PBC,

所以平面PBC,,

而即,

于是可建立如图空间直角坐标系(C为原点),

得,,,

所有,,

设平面APB的法向量为,则

,,

不妨取,得,

可取平面PBC的法向量为,

所求二面角的平面角为,则.

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