Question

（本小題滿分14分）如圖，已知四棱錐的底面是矩形，、分別是、的中點，底面，，
（1）求證：平面
（2）求二面角的余弦值

Answer 1

（1）以點為原點，為軸，為軸，為軸的空間直角坐標系，如圖所示．則依題意可知相關各點的坐標分別是：，，，，如下圖所示．……………………………………………………………………………（2分）

所以點的坐標分別為
…………………………………………（3分）
所以，，......................... （4分）
因為，所以．......................... （6分）
又因為，所以.............. （7分）
所以平面．.......................................................... （8分）
（2）設平面的法向量，則，........................ （9分）

所以
即............................................................. （10分）
所以
令，則
顯然，就是平面的法向量．.................................. （11分）
所以.................... （12分）
由圖形知，二面角是鈍角二面角........................................ （13分）
所以二面角的余弦值為．......................................... （14分）

解：（1）取的中點，連接，則
，又，所以四點共面.
因為，且.......... （2分）]
所以.
又因為，
所以平面..................... （4分）
所以
所以平面................... （6分）
易證
所以平面．.................. （8分）
（2）連接，則
所以.............................................................. （9分）
同（1）可證明平面.
所以，且平面平面.
明顯，所以........................................... （10分）
過作，垂足為，則平面.
連接，則......................................................... （11分）
因為，
所以平面，
為二面角平面角的補角. ....................................... （12分）
在中，，所以.
在中，
所以........................................................... （13分）
所以二面角的余弦值為．......................................... （14分）

略