Question

【題目】正方體的棱長(zhǎng)為，是與的交點(diǎn)，為的中點(diǎn)．

（I）求證：直線平面．

（II）求證：平面．

（III）二面角的余弦值．

Answer 1

【答案】（1）見(jiàn)解析（2）見(jiàn)解析（3）

【解析】試題分析:（1）先根據(jù)三角形中位線性質(zhì)得，再根據(jù)線面平行判定定理得結(jié)論（2）由側(cè)棱垂直底面得，由正方形性質(zhì)得，因此可由線面垂直判定定理得平面，同理可得，從而有面．（3）利于空間向量求二面角：先建立空間直角坐標(biāo)系，設(shè)立各點(diǎn)坐標(biāo)，通過(guò)解方程組得各面法向量，根據(jù)向量數(shù)量積求法向量夾角，最后根據(jù)法向量夾角與二面角關(guān)系確定所求值

（I）連接，在中，

∵為的中點(diǎn)，為的中點(diǎn)，

∴，

又∵面，

∴直線平面．

（II）在正方體中，

∵平面，平面，

∴，

∵，且，

∴，

∴，

同理，

∵，

∴面．

（III）以為原點(diǎn)，建立空間坐標(biāo)系，

則，，

，．

易知面的一法向量為，

設(shè)面的一法向量為中，

∵，

，

，，

，，

∴，

設(shè)二面角為，

則

，

故二面角的余弦值為．