三、解答题

18.(本小题满分12分)

如图3,已知直二面角,,,,,,

直线和平面所成的角为.

(I)证明;

(II)求二面角的大小.

                                  

解:(I)在平面内过点作于点,连结.

因为,,所以,

又因为,所以.

而,所以,,

从而,又,

所以平面.因为平面,故.

(II)解法一:由(I)知,,又,,,所以.

过点作于点,连结,由三垂线定理知,.

故是二面角的平面角.

由(I)知,,所以是和平面所成的角,则,

不妨设,则,.

在中,,所以,

于是在中,.

故二面角的大小为.

解法二:由(I)知,,,,故可以为原点,

分别以直线为轴,轴,轴建立空间直角坐标系(如图).

因为,所以是和平面所成的角,则.

不妨设,则,.

在中,,

所以.

则相关各点的坐标分别是

,,,.

所以,.

设是平面的一个法向量,由得

取,得.

易知是平面的一个法向量.

设二面角的平面角为,由图可知,.

所以.

故二面角的大小为.

 

 

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