(07年四川卷文)(12分)如图,平面
平面
,
,
,直线
与直线
所成的角为60°,又
,
,
.
![]()
(Ⅰ)求证:
;
(Ⅱ)求二面角
的大小;
(Ⅲ)求多面体
的体积.
解析:本题主要考查异面直线所成的角、平面与平面垂直、二面角、棱锥体积等有关知识,考查思维能力和空间想象能力、应用向量知识解决数学问题的能力、化归转化能力和推理运算能力.
(Ⅰ)∵平面
平面
,
,
平面
.
∴
平面![]()
又∵
平面![]()
∴![]()
(Ⅱ)取
的中点
,则
.连接
、
.
![]()
∵平面
平面
,平面
平面
,
.
∴
平面
.
∵
,∴
,从而
平面
.
作
于
,连结
,则由三垂线定理知
.
从而
为二面角
的平面角.
∵直线
与直线
所成的角为60°,
∴
.
在
中,由勾股定理得
.
在
中,
.
在
中,
.
在
中,![]()
故二面角
的大小为![]()
(Ⅱ)如图以
为原点建立空间直角坐标系
.
![]()
设![]()
,
有
,
,
.
,![]()
由直线
与直线
所成的角为60°,得
![]()
即
,解得
.
∴
,![]()
设平面
的一个法向量为
,则
由
,取
,得![]()
取平面
的一个法向量为![]()
则![]()
![]()
由图知二面角
为锐二面角,
故二面角
的大小为
.
(Ⅲ)多面体
就是四棱锥![]()
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