Question

【題目】在如圖所示的幾何體中，正方形所在的平面與正三角形所在的平面互相垂直， ，且， 是的中點．

（1）求證： 平面；

（2）求面與面所成銳二面角的大小．

Answer 1

【答案】(1)見解析(2) 60°

【解析】試題分析：

（1）連接AE交BF于點N，連接MN，MN∥AD，由此能證明AD∥平面BFM．（2）推導出BE⊥AB，從而BE⊥平面ABC，取BC的中點O，連接OM，以O為坐標原點建立空間直角坐標系，利用向量法能求出二面角E-BM-F的余弦值．

解析：

（1）證明：

連接交于點，連接，

因為是正方形，所以是的中點，

又是的中點，所以，

因為平面平面，

所以平面；

（2）解法一：

因為是正方形，所以，因為平面平面，平面平面，所以平面，因為，所以取的中點．連接，則平面，因為是正三角形，所以，

所以以為坐標原點， 所在直線為軸建立如圖所示的空間直角坐標系：設，

則，

，

設面的法向量為，

則，

令，則，

∴，

設面的法向量為，則

，

令，則， ∴，

，因為求面與面所成銳二面角， ∴平面與平面所成二面角的平面角為60°．

（2）解法二：

因為直線，所以面與面的交線與之平行，即，

分別取的中點，連，

因為，且，根據射影定理，所以，

所以，

所以，

所以為所求銳二面角的平面角，

設，則，

所以，

所以為正三角形，所以，

所以為所示銳二面角為60°．