题目内容

【题目】在如图所示的几何体中,四边形是正方形,四边形是梯形,∥,,平面平面,且.

(Ⅰ)求证:∥平面;

(Ⅱ)求二面角的大小;

(Ⅲ)已知点在棱上,且异面直线与所成角的余弦值为,求线段的长.

【答案】(1)证明见解析;(2);(3).

【解析】

先利用线面垂直的性质证明直线平面,以点为原点,分别以的方向为轴,轴,轴的正向建立空间直角坐标系,(1)可得是平面的一个法向量,求得,利用,且直线平面可得结果;(2)利用向量垂直数量积为0,列方程组分别求出平面与平面的法向量,由空间向量夹角余弦公式可得结果;(3)设,则,,

由,可得, 解方程可得结果.

(1)平面平面,

平面平面 ,

,,

直线平面.

由题意,以点为原点,分别以的方向为轴,轴,轴的正向建立如图空间直角坐标系,

则可得:,

.

依题意,易证:是平面的一个法向量,

又, ,

又直线平面, .

(2) .

设为平面的法向量,

则,即.

不妨设,可得.

设为平面的法向量,

又 ,

则,即.

不妨设,可得,

,

又二面角为钝二面角,

二面角的大小为.

(3)设,则,又,

又,即,

,解得或(舍去).

故所求线段的长为.

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