Question

【題目】已知三棱柱的側(cè)棱垂直于底面，，，，，分別是，的中點(diǎn).

（Ⅰ）證明：平面；

（Ⅱ）求二面角的余弦值.

Answer 1

【答案】(1)見(jiàn)解析;(2).

【解析】分析：解法一：依題意可知兩兩垂直，以點(diǎn)為原點(diǎn)建立空間直角坐標(biāo)系，

（1）利用直線(xiàn)的方向向量和平面的法向量垂直，即可證得線(xiàn)面平面；

（2）求出兩個(gè)平面的法向量，利用兩個(gè)向量的夾角公式，即可求解二面角的余弦值.

解法二：利用空間幾何體的點(diǎn)線(xiàn)面位置關(guān)系的判定定理和二面角的定義求解：

（1）設(shè)的中點(diǎn)為，連接，證明四邊形為平行四邊形，得出線(xiàn)線(xiàn)平行，利用線(xiàn)面平行的判定定理即可證得線(xiàn)面平面；

（2）以及二面角的平面角，在直角三角形中求出其平面角的余弦值，即可得到二面角的余弦值.

詳解：解法一：依條件可知、、兩兩垂直，

如圖，以點(diǎn)為原點(diǎn)建立空間直角坐標(biāo)系.

根據(jù)條件容易求出如下各點(diǎn)坐標(biāo)：，，，，，，，.

（Ⅰ）證明：∵，，

是平面的一個(gè)法向量，且，

所以.

又∵平面，∴平面；

（Ⅱ）設(shè)是平面的法向量，

因?yàn)?/span>，，

由，得.

解得平面的一個(gè)法向量，

由已知，平面的一個(gè)法向量為，

，

∴二面角的余弦值是.

解法二：

（Ⅰ）證明：設(shè)的中點(diǎn)為，連接，，

∵，分別是，的中點(diǎn)，∴，

又∵，，

∴，∴四邊形是平行四邊形，

∴，∵平面，平面，

∴平面；

（Ⅱ）如圖，設(shè)的中點(diǎn)為，連接，

∴，∵底面，∵，，∴，，

∴，∴底面，

在平面內(nèi)，過(guò)點(diǎn)做，垂足為，

連接，，，，

∴平面，則，

∴是二面角的平面角，

∵，由，得，

所以，所以，

∴二面角的余弦值是.