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【題目】如圖所示,在四面體中,,平面平面,,且.

(1)證明:平面;

(2)設為棱的中點,當四面體的體積取得最大值時,求二面角的余弦值.

【答案】(1)見證明;(2)

【解析】

1)根據面面垂直的性質得到平面,從而得到,利用勾股定理得到,利用線面垂直的判定定理證得平面;

2)設,利用椎體的體積公式求得 ,利用導數研究函數的單調性,從而求得時,四面體的體積取得最大值,之后利用空間向量求得二面角的余弦值.

(1)證明:因為,平面平面,

平面平面,平面,

所以平面,

因為平面,所以.

因為,所以,

所以,

因為,所以平面.

(2)解:設,則,

四面體的體積 .

,

時,,單調遞增;

時,,單調遞減.

故當時,四面體的體積取得最大值.

為坐標原點,建立空間直角坐標系,

,.

設平面的法向量為

,即,

,得,

同理可得平面的一個法向量為,

.

由圖可知,二面角為銳角,故二面角的余弦值為.

練習冊系列答案
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