三、解答题
18.(本小题满分12分)
如图,在三棱锥
中,
底面
,
,
是
的中点,且
,
![]()
.
(I)求证:平面![]()
;
(II)当解
变化时,求直线
与平面
所成的角的取值范围.

本小题主要考查线面关系、直线与平面所成角的有关知识,考查空间想象能力和
推理运算能力以及应用向量知识解决数学问题的能力.
解法1:(Ⅰ)
,
是等腰三角形,又
是
的中点,
,又
底面
.
.于是
平面
.
又
平面
,
平面
平面
.
(Ⅱ)
过点
在平面
内作
于
,则由(Ⅰ)知
平面
.
连接
,于是
就是直线
与平面
所成的角.
在
中,
;
设
,在
中,
,
.
,

,
.
又
,
.
即直线
与平面
所成角的取值范围为
.
解法2:(Ⅰ)以
所在的直线分别为
轴、
轴、
轴,建立如图所示
的空间直角坐标系,则
,
于是,
,
,
.
从而
,即
.
同理
,
即
.又
,
平面
.
又
平面
.
平面
平面
.
(Ⅱ)设直线
与平面
所成的角为
,平面
的一个法向量为
,
则由
.
得
可取
,又
,
于是
,
,
,
.
又
,
.
即直线
与平面
所成角的取值范围为
.
解法3:(Ⅰ)以点
为原点,以
所在的直线分别为
轴、
轴,
建立如图所示的空间直角坐标系,
则
,
,
于是
,
,
.
从而![]()
,即
.
同理
,即
.
又
,
平面
.
又
平面
,
平面
平面
.
(Ⅱ)设直线
与平面
所成的角为
,平面
的一个法向量为
,
则由
,得
可取
,又
,
于是
,
,
,
.
又
,
,
即直线
与平面
所成角的取值范围为
.
解法4:以
所在直线分别为
轴、
轴、
轴,建立如图所示
的空间直角坐标系,则
.
设
.
(Ⅰ)
,
,
即
.
,
即
.
又
,
平面
.
又
平面
,
平面
平面
.
(Ⅱ)设直线
与平面
所成的角为
,
设
是平面
的一个非零法向量,
则
取
,得
.
可取
,又
,
于是
,
,
关于
递增.
,
.
即直线
与平面
所成角的取值范围为
.
本课件完全公益,使用过程中有任何问题,或想参与新课件制作,请加开心教练QQ:29443574。