题目内容
【题目】如图,在多面体
中,平面
平面
.四边形
为正方形,四边形
为梯形,且
,
,
,
.
![]()
(1)求证:
;
(2)求直线
与平面
所成角的正弦值;
(3)线段
上是否存在点
,使得直线
平面
若存在,求
的值;若不存在,请说明理由.
【答案】(Ⅰ)详见解析;(Ⅱ)
;(Ⅲ)线段
上存在点
,使得
平面
,且
.
【解析】
(I)根据面面垂直的性质定理,证得
平面
,由此证得
.(II)以
为
轴,
轴,
轴建立空间直角坐标系,通过计算直线
的方向向量和平面
的法向量,由此计算出线面角的正弦值.(III)设
,用
表示出
点的坐标,利用直线
的方向向量和平面
的法向量垂直列方程,解方程求得
的值,由此判断存在符合题意的点
.
解:(Ⅰ)证明:因为
为正方形,
所以
.
又因为平面
平面
,
且平面
平面
,
所以
平面
.
所以
.
(Ⅱ)由(Ⅰ)可知,
平面
,所以
,
.
因为
,所以
两两垂直.
分别以
为
轴,
轴,
轴建立空间直角坐标系(如图).
因为
,
,
所以
,
所以
.
设平面
的一个法向量为
,
则
即
令
,则
,
所以
.
设直线与平面
所成角为
,
则
.
(Ⅲ)设
,
设
,则
,
所以
,所以
,
所以
.
设平面
的一个法向量为
,则
因为
,所以
令
,则
,所以
.
在线段
上存在点
,使得
平面
等价于存在
,使得
.
因为
,由
,
所以
,
,
所以线段
上存在点
,使得
平面
,且
.
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