题目内容

【题目】正方体的棱长为,是与的交点,为的中点.

(I)求证:直线平面.

(II)求证:平面.

(III)二面角的余弦值.

【答案】(1)见解析(2)见解析(3)

【解析】试题分析:(1)先根据三角形中位线性质得,再根据线面平行判定定理得结论(2)由侧棱垂直底面得,由正方形性质得,因此可由线面垂直判定定理得平面,同理可得,从而有面.(3)利于空间向量求二面角:先建立空间直角坐标系,设立各点坐标,通过解方程组得各面法向量,根据向量数量积求法向量夹角,最后根据法向量夹角与二面角关系确定所求值

(I)连接,在中,

∵为的中点,为的中点,

∴,

又∵面,

∴直线平面.

(II)在正方体中,

∵平面,平面,

∴,

∵,且,

∴,

∴,

同理,

∵,

∴面.

(III)以为原点,建立空间坐标系,

则,,

,.

易知面的一法向量为,

设面的一法向量为中,

∵,

,

,,

,,

∴,

设二面角为,

则

,

故二面角的余弦值为.

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