题目内容

【题目】如图1,在矩形ABCD中, ,点分别在边上,且, 交于点.现将沿折起,使得平面平面,得到图2.

(Ⅰ)在图2中,求证: ;

(Ⅱ)若点是线段上的一动点,问点在什么位置时,二面角的余弦值为.

【答案】(Ⅰ)见解析;(Ⅱ).

【解析】试题分析:(1)先证明 ,再证明,证明平面,从而可得 ;
(2)建立直角坐标系,设,求出平面、平面的一个法向量,利用向量的夹角公式,结合二面角的余弦值为,即可得出结论.

试题解析:(Ⅰ)∵在矩形中, , ,

∴, ∴即.

∴在图2中, , .

又∵平面平面,平面平面,

∴平面, ∴,

依题意, ∥且,∴四边形为平行四边形.

∴∥, ∴, 又∵,

∴平面, 又∵平面, ∴.

(Ⅱ)如图1,在中, , ,

∵∥, ,∴.

如图,以点为原点建立平面直角坐标系,则

, , , ,

∴, , ,

∵,∴平面,

∴为平面的法向量.

设,则,

设为平面的法向量,则

即,可取,

依题意,有,

整理得,即,∴,

∴当点在线段的四等分点且时,满足题意.

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