【題目】如圖所示的五面體中,是正方形,是等腰梯形,且平面平面的中點,

1)求證:平面平面;

2為線段的中點,在線段上,記,是線段上的動點. 當(dāng)為何值時,三棱錐的體積為定值?證明此時二面角為定值,并求出其余弦值.

【答案】1)證明見解析;(2時,為定值;二面角為定值的證明詳見解析,余弦值為.

【解析】

1)余弦定理求出邊OA即可利用勾股定理推出,利用面面垂直的性質(zhì)推出,則平面,由平面即可得證;(2)當(dāng)時易證平面,則到平面的距離固定即三棱錐的體積為定值,建立空間直角坐標(biāo)系,分別求出平面、平面的法向量,代入即可求得二面角的余弦值.

1)由,得,O為中點且,則

,

中,,所以,則,

根據(jù)對稱性可知,從而,所以

又平面平面,平面平面,平面,

所以平面,所以

,平面平面,

所以平面,平面,所以平面平面

2)當(dāng)時,的中位線,

平面,平面,所以平面,

所以到平面的距離固定,此時,是定值.

點為坐標(biāo)原點,所在的直線分別為軸建立如圖所示的空間直角坐標(biāo)系.

,設(shè)平面的法向量為,則有

,令,得,所以

由(1)可知,是平面的一個法向量.

所以,為定值.

根據(jù)圖形可知,二面角為鈍角,故其余弦值為

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