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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