三、解答题

18.(本题满分12分)

如图,已知是棱长为的正方体,

点在上,点在上,且.

(1)求证:四点共面;(4分)

(2)若点在上,,点在上,

,垂足为,求证:平面;(4分)

(3)用表示截面和侧面所成的锐二面角的大小,求.(4分)

本小题主要考查平面的基本性质、线线平行、线面垂直、二面角等基础知识和基本

运算,考查空间想象能力、逻辑推理能力和运算能力.满分12分.

解法一:

(1)如图,在上取点,使,连结,,则,.

因为,,所以四边形,都为平行四边形.

从而,.

又因为,所以,故四边形是

平行四边形,由此推知,从而.

因此,四点共面.

(2)如图,,又,所以,

.

因为,所以为平行四边形,从而.

又平面,所以平面.

(3)如图,连结.

因为,,所以平面,得.

于是是所求的二面角的平面角,即.

因为,所以

,

.

解法二:

(1)建立如图所示的坐标系,则,,,

所以,故,,共面.

又它们有公共点,所以四点共面.

(2)如图,设,则,

而,由题设得,

得.

因为,,有,

又,,所以,,从而,.

故平面.

(3)设向量截面,于是,.

而,,得,,

解得,,所以.

又平面,所以和的夹角等于或(为锐角).

于是.

故.

 

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