Question

（本題滿分12分）如圖，在長(zhǎng)方體中，已知上下兩底面為正方形，且邊長(zhǎng)均為1；側(cè)棱，為中點(diǎn)，為中點(diǎn)，為上一個(gè)動(dòng)點(diǎn).

（Ⅰ）確定點(diǎn)的位置，使得；

（Ⅱ）當(dāng)時(shí)，求二面角的平

面角余弦值.

 

Answer 1

【答案】

(1)根據(jù)已知中的線線垂直關(guān)系， 來(lái)結(jié)合線面垂直的判定定理來(lái)分析線面垂直，這類試題先是猜想點(diǎn)的位置，然后加以證明。

(2)

【解析】

試題分析：方法一：

(Ⅰ)如圖，

分別以所在直線為軸建立空間直角坐標(biāo)系，則

易得 ………………2分

由題意得,設(shè)

又

則由得，

∴,得為的四等分點(diǎn).………………………6分

(Ⅱ)易知平面的一個(gè)法向量為，設(shè)平面的法向量為

則,得，取，得， ……………10分

∴，∴二面角的平面角余弦值為.12分

方法二：

（Ⅰ）∵在平面內(nèi)的射影為，且四邊形為正方形，為中點(diǎn)， ∴

同理，在平面內(nèi)的射影為，則

由△～△， ∴,得為的四等分點(diǎn). …………………6分

（Ⅱ）∵平面,過(guò)點(diǎn)作，垂足為；

連結(jié)，則為二面角的平面角；…………………………8分

由，得,解得

∴在中，,

∴；∴二面角的平面角余弦值為. …12分

考點(diǎn)：二面角以及線面垂直問(wèn)題

點(diǎn)評(píng)：解決該試題的關(guān)鍵是能合理的根據(jù)結(jié)論 ，逆向求點(diǎn)點(diǎn)M的位置，進(jìn)而結(jié)合向量法或者是幾何性質(zhì)法求解二面角，屬于中檔題。