三、解答题

 18.(本小题满分12分)

如图,在三棱锥中,底面的中点,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,又的中点,

,又底面.于是平面

平面平面平面

Ⅱ) 过点在平面内作,则由(Ⅰ)知平面

连接,于是就是直线与平面所成的角.

中,

,在中,

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

.又平面

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

可取,又

于是

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,

于是

从而,即

同理,即

平面

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

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

(Ⅰ)

平面

平面

平面平面

Ⅱ)设直线与平面所成的角为

是平面的一个非零法向量,

,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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