(本小题满分12分,(Ⅰ)(5分),(Ⅱ)(7分).)
如图,在四面体中,平面平面,,,。
(Ⅰ)若,,求四面体的体积;
(Ⅱ)若二面角为,求异面直线与所成角的余弦值。
(Ⅰ)如图,设为的中点,由于,所以。故由平面平面,知平面,即是四面体的面上的高,且,。在中,因,,由勾股定理知,。故四面体的体积。
(Ⅱ)如图,过作,交于,已知,平面平面,易知,,两两垂直,以为原点,射线,,分别为轴,轴,轴的正半轴,建立空间直角坐标系。不妨设,由,,知点,,的坐标分别为,则。显然向量是平面的法向量。已知二面角为,故可取平面的单位法向量,使得,从而。由,有,从而。由,得。设点的坐标为;由,,取,有,得,(舍去)。知与坐标系的建立方式不合,舍去。因此点的坐标为所以。从而
故异面直线与所成的角的余弦值为。
本题考查空间几何体与直线的位置关系。
(Ⅰ)过作底面上的高,利用三棱锥的体积公式即可;
(Ⅱ)可证明,,两两垂直,则以为原点,射线,,分别为轴,轴,轴的正半轴,建立空间直角坐标系,进而表示出来向量,的坐标,代入向量夹角公式,继而得到两异面直线的夹角。