(本小题满分14分)
如图,四棱锥中,底面,四边形中,,,,
(Ⅰ)求证:平面平面;
(Ⅱ)设,
(i)若直线与平面所成的角为,求线段的长;
(ii)在线段上是否存在一个点,使得点到点的距离都相等?说明理由。
(Ⅰ)因为平面,平面, 所以,
又因为,所以平面。
又因为平面,所以平面平面。
(Ⅱ)以为坐标原点,建立空间直角坐标系(如图),
在平面内,作交于点,则,
在中,,
。
设,则,,
由,得,
所以,,,,。
(i)设平面的法向量为,由,,得
取,得平面的一个法向量,
又,故由直线与平面所成的角为,得
,
解得或(舍去,因为),所以。
(ii)假设在线段上存在一个点,使得点到点的距离都相等,
设(其中),
则,,,
由得,
两式联立消去,化简得,
由于该方程没有实数根,所以在线段上不存在一个点,使得点到点的距离都相等。
本题主要考查点线面位置关系和空间向量在立体几何中的应用。
(Ⅰ)由线面垂直可以得到线线垂直,结合已知的线线垂直,可以得到垂直平面从而得到面面垂直。
(Ⅱ)使用空间直角坐标系,在空间直角坐标系中求出平面的法向量,然后根据线面角的值,列出关于线面角的含有参数的方程,求解出的长。然后假设存在这样的点,通过空间距离相等得到关于坐标的方程。若方程有解,存在这样的点,否则不存在。