题目内容

四棱锥底面是平行四边形,面面,,,分别为的中点.

(1)求证:;
(2)求二面角的余弦值.
(1)证明过程详见解析;(2)二面角的余弦值为.

试题分析:本题主要以四棱锥为几何背景考查线面平行的判断和二面角的求法,可以运用传统几何法,也可以用空间向量方法求解,突出考查空间想象能力和计算能力.法一:第一问,先作辅助线,利用中位线证,由中点得,所以得,所以,是平行四边形,得到,所以得出结论面;第二问,先作二面角的平面角,先通过已知证明是二面角的平面角,再证明是直角三角形,在这个直角三角形中求出,再求.法二:(1)先由余弦定理证明,得,由此建系,写出各点坐标,求,求出面的法向量,由得面;(2)先求面的法向量,面的法向量,由公式,由已知二面角为锐角得出结论.
试题解析:(1)取的中点,连,由题意设,     2分
,
是平行四边形,所以    4分
面,面,∴面   6分

(2)取 的中点,连,   8分
是等边三角形,∴,

∴,
是二面角的平面角                             10分
知 面,,
在中,,                    12分
即二面角的余弦值为               14分

解法二 (1)中,,,
由余弦定理
所以,,所以,,
所以,面面,,∴面,            2分
建系,令 ,

,
         ..4分
因为平面PAB的法向量
,∴面,     ..6分
(2) 设平面PAD的法向量为  
,    8分
     10分
令所以    12分
平面的法向量   13分
,即二面角的余弦值为         14分
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