题目内容

【题目】如图,在三棱柱中,侧棱底面, , 为的中点, ,四棱锥的体积为.

(Ⅰ)求证: 平面;

(Ⅱ)求直线与平面所成角的正弦值;

(Ⅲ)求二面角的正弦值.

【答案】(1)见解析;(2)直线与平面所成的正弦值为;(3)二面角的正弦值为.

【解析】试题分析:(1)连接,设与相交于点,连接,设法证明,即可证明平面;
(2)作,垂足为,则平面,设,在中, ,利用四棱锥 的体积,可求得,可证 平面,即平面.则以点为坐标原点,分别以, , 所在直线为轴, 轴和轴,建立空间直角坐标系.求出平面的一个法向量为,又,从而可求直线A1C1与平面BDC1所成角的正弦值;
(3)由(2)可求得平面的一个法向量为,平面的一个法向量为,则可求求二面角的正弦值

试题解析:(1)证明:连接,设与相交于点,连接,

∵四边形是平行四边形,∴点为的中点.

∵为的中点,∴为的中位线,

∴

∵平面, 平面,

∴平面

(2)解:依题意知, ,

∵平面, 平面,

∴平面平面,且平面平面.

作,垂足为,则平面,

设,在中, ,

∴四棱锥体积,即.

∵, , , 平面, 平面,

∴平面,即平面.以点为坐标原点,分别以, , 所在直线为轴, 轴和轴,建立空间直角坐标系.

则, , , , .

∴, .

设平面的法向量为,

由及,得

令,得, .故平面的一个法向量为,

又

.

∴直线与平面所成的正弦值为.

(Ⅲ)平面的一个法向量为,平面的一个法向量为

∴

∴二面角的正弦值为.

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