Question

已知多面體中，平面，平面，，，為的中點.

（1）求證：；

（2）求直線與平面所成角的余弦值的大小.

 

Answer 1

【答案】

（1）詳見解析；（2）直線與平面所成角的余弦值為.

【解析】

試題分析：（1）取的中點，連接、，證明平面，進而得到；（2）法一是利用四邊形為平行四邊形得到，于是得到點和點到平面的距離相等，證明平面，由于點為的中點，由中位線原理得到點到平面的距離為線段長度的一半，于是計算出點到平面的距離，根據直線與平面所成角的原理計算出直線與平面所成角的正弦值，進一步求出該角的余弦值；法二是分別以、、為、、軸建立空間直角坐標系，利用空間向量法求出直線與平面所成角的正弦值，再根據同角三角函數的平方關系求出這個角的余弦值.

試題解析：（1）如下圖所示，取的中點，連接、、，

、分別為、的中點，則，

由于平面，平面，，

又，，，，所以，平面，

平面，，

，且點為的中點，所以，

，平面，

平面，；

（2）法一：由（1）知，故四邊形為平行四邊形，，

故點到平面的距離等于點到平面的距離，如下圖所示，連接、，

取的中點，連接，

由于平面，且平面，，

，

同理，，

因為點為的中點，，

由于，故為等邊三角形，

為的中點，，，

由于四邊形為平行四邊形，所以，，，

，點為的中點，，

因為，平面，

、分別為、的中點，，平面，

且，故點到平面的距離為，

設直線與平面所成的角為，則，

，故直線與平面所成角的余弦值為；

法二：分別以、、為、、軸建立如圖空間直角坐標系，

則，，，，，，

設平面的法向量為，則，

設，則，，

設直線與平面所成角為，則，

所以直線與平面所成角的余弦值為；

考點：1.直線與平面垂直；2.直線與平面所成的角；3.空間向量法