三、解答题
18.(本小题满分12分)
如图,在三棱锥中,底面,,是的中点,且,
.
(I)求证:平面;
(II)当解变化时,求直线与平面所成的角的取值范围.
本小题主要考查线面关系、直线与平面所成角的有关知识,考查空间想象能力和
推理运算能力以及应用向量知识解决数学问题的能力.
解法1:(Ⅰ),是等腰三角形,又是的中点,
,又底面..于是平面.
又平面,平面平面.
(Ⅱ) 过点在平面内作于,则由(Ⅰ)知平面.
连接,于是就是直线与平面所成的角.
在中,;
设,在中,,.
,
,.
又,.
即直线与平面所成角的取值范围为.
解法2:(Ⅰ)以所在的直线分别为轴、轴、轴,建立如图所示
的空间直角坐标系,则,
于是,,,.
从而,即.
同理,
即.又,平面.
又平面.
平面平面.
(Ⅱ)设直线与平面所成的角为,平面的一个法向量为,
则由.
得
可取,又,
于是,
,,.
又,.
即直线与平面所成角的取值范围为.
解法3:(Ⅰ)以点为原点,以所在的直线分别为轴、轴,
建立如图所示的空间直角坐标系,
则,,
于是,,.
从而,即.
同理,即.
又,平面.
又平面,
平面平面.
(Ⅱ)设直线与平面所成的角为,平面的一个法向量为,
则由,得
可取,又,
于是,
,,.
又,,
即直线与平面所成角的取值范围为.
解法4:以所在直线分别为轴、轴、轴,建立如图所示
的空间直角坐标系,则.
设.
(Ⅰ),
,
即.
,
即.
又,平面.
又平面,
平面平面.
(Ⅱ)设直线与平面所成的角为,
设是平面的一个非零法向量,
则取,得.
可取,又,
于是,
,关于递增.
,.
即直线与平面所成角的取值范围为.
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