三、解答题

18．（本小题满分12分）

如图3，已知直二面角，，，，，，

直线和平面所成的角为．

（I）证明；

（II）求二面角的大小．

解：（I）在平面内过点作于点，连结．

因为，，所以，

又因为，所以．

而，所以，，

从而，又，

所以平面．因为平面，故．

（II）解法一：由（I）知，，又，，，所以．

过点作于点，连结，由三垂线定理知，．

故是二面角的平面角．

由（I）知，，所以是和平面所成的角，则，

不妨设，则，．

在中，，所以，

于是在中，．

故二面角的大小为．

解法二：由（I）知，，，，故可以为原点，

分别以直线为轴，轴，轴建立空间直角坐标系（如图）．

因为，所以是和平面所成的角，则．

不妨设，则，．

在中，，

所以．

则相关各点的坐标分别是

，，，．

所以，．

设是平面的一个法向量，由得

取，得．

易知是平面的一个法向量．

设二面角的平面角为，由图可知，．

所以．

故二面角的大小为．