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可利用综合法证明求解,也可用向量法求解.
答案:解法1:(Ⅰ),是等腰三角形,又是的中点,
,又底面..于是平面.
又平面,平面平面.
(Ⅱ) 过点在平面内作于,则由(Ⅰ)知平面.
连接,于是就是直线与平面所成的角.
依题意,所以
在中,;
在中,,
.
,.
故当时,直线与平面所成的角为.
解法2:(Ⅰ)以所在的直线分别为轴、轴、轴,建立如图所示的空间直角坐标系,则,
于是,,,.
从而,即.
同理,
即.又,平面.
又平面.
平面平面.
(Ⅱ)设平面的一个法向量为,
则由.
得
可取,又,
于是,
即,.
故交时,直线与平面所成的角为.
解法3:(Ⅰ)以点为原点,以所在的直线分别为轴、轴,建立如图所示的空间直角坐标系,
则,,
于是,,.
从而,即.
同理,即.
又, 平面.
又平面, 平面平面.
(Ⅱ)设平面的一个法向量为,
则由,得
可取,又,
于是,
即. 故角时,
即直线与平面所成角为.
点评:证明两平面垂直一般用面面垂直的判定定理,求线面角一是找线在平面上的射影在直角三角形中求解,但运用更多的是建空间直角坐标系,利用向量法求解
考点五 折叠、展开问题
9.(2006年辽宁高考)已知正方形 、分别是、的中点,将沿折起,如图所示,记二面角的大小为
(I) 证明平面;
(II)若为正三角形,试判断点在平面内的射影是否在直线上,证明你的结论,并求角的余弦值
分析:充分发挥空间想像能力,重点抓住不变的位置和数量关系,借助模型图形得出结论,并给出证明.
解: (I)证明:EF分别为正方形ABCD得边AB、CD的中点,
EB//FD,且EB=FD,
四边形EBFD为平行四边形
BF//ED.
,平面
(II)如右图,点A在平面BCDE内的射影G在直线EF上,过点A作AG垂直于平面BCDE,垂足为G,连结GC,GD
ACD为正三角形,AC=AD.
CG=GD.
G在CD的垂直平分线上, 点A在平面BCDE内的射影G在直线EF上,
过G作GH垂直于ED于H,连结AH,则,所以为二面角A-DE-C的平面角 即.
设原正方体的边长为2a,连结AF,在折后图的AEF中,AF=,EF=2AE=2a,即AEF为直角三角形, .
在RtADE中, .
,
点评:在平面图形翻折成空间图形的这类折叠问题中,一般来说,位于同一平面内的几何元素相对
位置和数量关系不变:位于两个不同平面内的元素,位置和数量关系要发生变化,翻折问题常用的添辅助线的方法是作棱的垂线。关键要抓不变的量.
考点六 球体与多面体的组合问题
10.设棱锥M-ABCD的底面是正方形,且MA=MD,MA⊥AB,如果ΔAMD的面积为1,试求能够放入这个棱锥