三、解答题
19.(本小题满分12分)
如图,在四棱锥中,
底面
,
,
,
是
的中点.
(Ⅰ)证明
;
(Ⅱ)证明平面
;
(Ⅲ)求二面角的大小.
本小题考查直线与直线垂直、直线与平面垂直、二面角等基础知识,考查空间想象
能力、运算能力和推理论证能力.满分12分.
(Ⅰ)证明:在四棱锥中,因
底面
,
平面
,故
.
,
平面
.
而平面
,
.
(Ⅱ)证明:由,
,可得
.
是
的中点,
.
由(Ⅰ)知,,且
,所以
平面
.
而平面
,
.
底面
在底面
内的射影是
,
,
.
又,综上得
平面
.
(Ⅲ)解法一:过点作
,垂足为
,连结
.则(Ⅱ)知,
平面
,
在平面
内的射影是
,则
.
因此是二面角
的平面角.
由已知,得.设
,
可得.
在中,
,
,
则
.
在中,
.
所以二面角的大小是
.
解法二:由题设底面
,
平面
,则平面
平面
,交线为
.
过点作
,垂足为
,故
平面
.过点
作
,垂足为
,
连结,故
.因此
是二面角
的平面角.
由已知,可得,设
,
可得.
,
.
于是,.
在中,
.
所以二面角的大小是
.
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