题目内容

【题目】在如图所示的几何体中, , , , , ,二面角的大小为.

(1)求证: 平面;

(2)求平面与平面所成的角(锐角)的大小;

(3)若为的中点,求直线与平面所成的角的大小.

【答案】(1)见解析;(2);(3)

【解析】试题分析:(Ⅰ)由已知可得AC⊥CD,AC⊥CB,即∠BCD为二面角B﹣AC﹣E的平面角,即∠BCD=60°,求解三角形可得BD⊥DC,再由线面垂直的判定可得AC⊥平面BCD,得到AC⊥BD,进一步得到BD⊥平面ACDE;

(Ⅱ)由BD⊥平面ACDE,得BD⊥DC,BD⊥DE,可得DB,DC,DE两两垂直,分别以DB,DC,DE所在直线为x,y,z轴建立空间直角坐标系,求出所用点的坐标,得到平面BAE与平面BCD的一个法向量,由两法向量所成角的余弦值可得平面BCD与平面BAE所成的角;

(Ⅲ)若F为AB的中点,由(II)可得,进一步得到,由已知可得平面BDE的一个法向量为,由与所成角的余弦值的绝对值可得直线EF与平面BDE所成角的大小.

试题解析:

(1)因为,则, ,

所以为二面角的平面角,即,

在中, , , ,

所以,所以,即,

由, ,且,可知平面,

又平面,所以,

又因为, 平面, 平面,

所以平面.

(2)由平面得, ,又,即, , 两两垂直,

则以, , 分别为轴, 轴, 轴的正方向建立空间直角坐标系,如图所示.

由(I)知, 则, , ,

由得,

依题意, ,

设平面的一个法向量为,

则,即,不妨设,可得,

由平面可知平面的一个法向量为

设平面与平面所成的角(锐角)为,

所以,于是,

所以平面与平面所成的角(锐角)为.

(3)若为的中点,则由(II)可得,所以,

依题意平面,可知平面的一个法向量为,

设直线与平面所成角为,则

,所以直线与平面所成角的大小.

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