三、解答题
(19)(本小题满分12分)
如图,在直四棱柱中,已知,,.
(Ⅰ)设是的中点,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.
.
又平面,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,,,,,
,,
设为平面的一个法向量.
由,,
得
取,则.
又,,
设为平面的一个法向量,
由,,
得
取,则,
设与的夹角为,二面角为,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,
设,由题意知:
,,,,,,
,.
,,,
又,
.
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,,
设,,连结,
由题意知是的中点,又是的中点,
四边形是平行四边形,故是的中点,
在中,,
又平面,平面,
平面.
(Ⅱ)如图,在四边形中,设,
,,,
.
故,由(Ⅰ)得
,,
,即.
又,
平面,又平面,
,
取的中点,连结,,
由题意知:,
.
又,.
为二面角的平面角.
连结,在中,
由题意知:
,,
取的中点,连结,,
在中,
,,
.
.
二面角的余弦值为.
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