(本小题分)如图,在四棱锥中,平面,,,,。为的中点,点在上,且。
(Ⅰ)求证:平面;
(Ⅱ)求二面角的余弦值;
(Ⅲ)设点在上,且。判断直线是否在平面内,说明理由。
(Ⅰ)因为平面,平面,
所以。
又因为,,,平面,
所以平面。
(Ⅱ)过点作,交于点,则,
以为原点,所在直线为轴,所在直线为轴,所在直线为轴建立空间直角坐标系,
所以,,,,
设平面的法向量为,
则
即
令,则,,
则为平面的一个法向量,
由(Ⅰ)可得平面,
所以平面,
即为平面的一个法向量,,
设二面角为,由图可得,
,
即二面角的余弦值为。
(Ⅲ)由(Ⅱ)得平面的一个法向量为。
因为在上,且,
,,
所以,,,
因为,
又因为点平面,
所以直线在平面内。
本题主要考查点、直线、平面的位置关系和空间向量的应用。
(Ⅰ)根据题目条件利用线面垂直的判定定理即可得平面。
(Ⅱ)过点作,交于点,以为原点,所在直线为轴,所在直线为轴,所在直线为轴建立空间直角坐标系,设平面的法向量为,由可得,由(Ⅰ)可得为平面的法向量,设二面角为,则。
(Ⅲ)判断与平面的法向量是否垂直,若垂直,则直线在平面内。