(本小题满分14分)如图4,已知四棱锥,底面是正方形,面,点是的中点,点是的中点,连接,.(1)求证:面;(2)若,,求二面角的余弦值.-高三数学

题目简介

(本小题满分14分)如图4,已知四棱锥,底面是正方形,面,点是的中点,点是的中点,连接,.(1)求证:面;(2)若,,求二面角的余弦值.-高三数学

题目详情

(本小题满分14分)
如图4,已知四棱锥,底面是正方形,,点的中点,点的中点,连接,.

(1)求证:
(2)若,,求二面角的余弦值.
题型:解答题难度:偏易来源:不详

答案

(1)证法1:取的中点,连接
证法2:连接并延长交的延长线于点,连接
证法3:取的中点,连接
(2)
(本小题主要考查空间线面位置关系、二面角等基础知识,考查空间想象、推理论证、抽象概括和运算求解能力,以及化归与转化的数学思想方法)
(1)证法1:取的中点,连接
∵点的中点,
.    …………… 1分
∵点的中点,底面是正方形,
.  …………… 2分
.
∴四边形是平行四边形.
.                …………… 3分
平面平面
.             …………… 4分
证法2:连接并延长交的延长线于点,连接
∵点的中点,
, …………… 1分
∴点的中点.         …………… 2分
∵点的中点,
.                            …………… 3分
平面
.                    …………… 4分
证法3:取的中点,连接
∵点的中点,点的中点,
.
平面
.                       ………… 1分
平面
.                 ……… 2分
平面平面
∴平面.    …………… 3分
平面
.         …………… 4分
(2)解法1:∵
.        …………… 5分

.                          ………… 6分
,垂足为,连接

.                  …………… 7分

.                         ……… 8分
是二面角的平面角.       ………… 9分
在Rt△中,,,得
…………… 10分
在Rt△中,,得
.                      …………… 11分
在Rt△中,,  ……… 12分
.              ……… 13分
∴二面角的余弦值为.         ………… 14分
解法2:∵
.
在Rt△中,,,得
…………… 5分
以点为原点,所在直线为轴,所在直线为轴,所在直线为轴,
建立空间直角坐标系,               …………… 6分
.
. …………… 8分
设平面的法向量为


,得.
是平面的一个法向量.               …………… 11分
是平面的一个法向量,              …………… 12分
.                       …………… 13分
∴二面角的余弦值为.                   …………… 14分

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