题目内容

【题目】如图,在四棱锥中,已知平面,且四边形为直角梯形,,,.

(1)证明:;

(2)求平面与平面所成锐二面角的余弦值;

(3)点是线段上的动点,当直线与所成的角最小时,求线段的长.

【答案】(1)证明见解析;(2);(3).

【解析】

(1)在四棱锥中, 平面,得到,由四边形为直角梯形,得到,再由线面垂直的判定定理,证得平面,进而得到.

(2)以为原点,以所在的直线分别为轴建立空间直角坐标系,求得平面和平面的法向量,利用向量的夹角公式,即可求解.

(3)由(2),设,利用换元法求得,结合在上的单调性,即可计算得到结论.

(1)由题意,在四棱锥中,平面,

因为平面,所以,

又由四边形为直角梯形,所以,

因为,且平面,

所以平面,

又因为平面,所以.

(2)以为原点,以所在的直线分别为轴建立空间直角坐标系,

可得,

由题意,可得,又由,可得平面,

所以是平面的一个法向量,

又由,

设平面的法向量为,

由,取,可得,

所以,

所以平面与平面所成二面角的余弦值为.

(3)由(2)可得,设,

又,则,

又,从而,

设,

则,

当且仅当时,即时,的最大值为,

因为在上是减函数,此时直线与所成的角取得最小值,

又因为,所以.

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