三、解答题

(19)(本小题满分12分)

如图,在直四棱柱中,已知

Ⅰ)设的中点,求证:平面

Ⅱ)求二面角的余弦值.

 

 

 

 

 

解法一:

(Ⅰ)连结,则四边形为正方形,

,且

四边形为平行四边形.

平面平面

平面

Ⅱ)以为原点,所在直线分别为轴,轴,轴建立如图所示

的空间直角坐标系,不妨设,则

为平面的一个法向量.

 

,则

为平面的一个法向量,

,则

的夹角为,二面角,显然为锐角,

即所求二面角的余弦为

解法二:

Ⅰ)以为原点,所在直线分别为轴,轴,轴建立如图

所示的空间直角坐标系,

,由题意知:

平面平面

平面

Ⅱ)取的中点的中点,连结

由(Ⅰ)及题意得知:

为所求二面角的平面角.

所以二面角的余弦值为

解法三:

(Ⅰ)证明:如解法一图,连结

,连结

由题意知的中点,又的中点,

四边形是平行四边形,故的中点,

中,

平面平面

平面

Ⅱ)如图,在四边形中,设

,由(Ⅰ)得

,即

平面,又平面

的中点,连结

由题意知:

为二面角的平面角.

连结,在中,

由题意知:

的中点,连结

中,

二面角的余弦值为

 

 

 

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