题目内容

【题目】如图,在四棱锥中,是平行四边形,,, ,,,分别是,的中点.

(Ⅰ)证明:平面平面;

(Ⅱ)求二面角的余弦值.

【答案】(1)见解析(2)

【解析】试题分析:

(Ⅰ)运用几何法和坐标法两种方法进行证明可得结论.(Ⅱ)运用几何法和坐标法两种方法求解,利用坐标法求解时,在得到两平面法向量夹角余弦值的基础上,通过图形判断出二面角的大小,最后才能得到结论.

试题解析:

解法一:(Ⅰ)取中点,连,

∵,

∴,

∵是平行四边形,,,

∴,

∴是等边三角形,

∴,

∵,

∴平面,

∴.

∵分别是的中点,

∴∥,∥,

∴,,

∵,

∴平面,

∵平面,

∴平面平面.

(Ⅱ)由(Ⅰ)知,,

∴是二面角的平面角.

, ,,

在中,根据余弦定理得,

∴二面角的余弦值为.

解法二:(Ⅰ)∵是平行四边形,,

,∴,

∴是等边三角形,∵是的中点,

∴,∵∥,

∴.

以为坐标原点,建立如图所示的空间直角坐标系.

则,,,,,

设,由,,

可得,,,

∴,

∵是的中点,∴,

∵,

∴,

∵,,

∴平面,

∵平面,

∴平面平面.

(Ⅱ)由(Ⅰ)知,,.

设是平面的法向量,

由,得,

令,则.

又是平面的法向量,

∴,

由图形知二面角为钝角,

∴二面角的余弦值为.

练习册系列答案
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【题目】如图,在四棱锥中,底面为菱形, 平面, , , , 分别是, 的中点.

(1)证明: ;

(2)设为线段上的动点,若线段长的最小值为,求二面角的余弦值.

【答案】(1)见解析;(2)

【解析】试题分析:(1)证明线线垂直则需证明线面垂直,根据题意易得,然后根据等边三角形的性质可得,又,因此得平面,从而得证(2)先找到EH什么时候最短,显然当线段长的最小时, ,在中, , , ,∴,由中, , ,∴.然后建立空间直角坐标系,写出两个面法向量再根据向量的夹角公式即可得余弦值

解析:(1)证明:∵四边形为菱形, ,

∴为正三角形.又为的中点,∴.

又,因此.

∵平面, 平面,∴.

而平面, 平面且,

∴平面.又平面,∴.

(2)如图, 为上任意一点,连接, .

当线段长的最小时, ,由(1)知,

∴平面, 平面,故.

在中, , , ,

∴,

由中, , ,∴.

由(1)知, , 两两垂直,以为坐标原点,建立如图所示的空间直角坐标系,又, 分别是, 的中点,

可得, , , ,

, , ,

所以, .

设平面的一法向量为,

则因此,

取,则,

因为, , ,所以平面,

故为平面的一法向量.又,

所以 .

易得二面角为锐角,故所求二面角的余弦值为.

【题型】解答题
【结束】
20

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