题目内容

【题目】如图所示,三棱锥中,平面平面,是边长为4,的正三角形,是顶角 的等腰三角形,点为上的一动点.

(1)当时,求证:;

(2)当直线与平面所成角为时,求二面角的余弦值.

【答案】(1)证明见解析;(2).

【解析】

(1)证明;取中点为,连接,,由为正三角形知,由余弦定理可证,即平面,即可证明 ;

(2)以点为坐标原点,所在直线分别为轴,轴,轴建立空间直角坐标系,利用空间向量求二面角的余弦值.

(1)证明;取中点为,连接,,

由为正三角形知,

在中,可得,

中,由余弦定理可得,

从而,即,

所以平面,

于是 ,即 ;

(2)由(1)知平面,则与平面的夹角为,

在直角中,可得,则点为线段的中点,

以点为坐标原点,所在直线分别为轴,轴,轴建立空间直角坐标系(由(1)知点为靠近的三等分点),

则点,

从而,,,

于是,

设平面的一个法向量为,

则,即,不妨取,得,

又平面的一个法向量为,

从而,

故二面角的余弦值为.

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