(本小题满分12分)
平面图形如左图所示,其中是矩形,,,,。现将该平面图形分别沿和折叠,使与所在平面都与平面垂直,再分别连结,,,得到如右图所示的空间图形,对此空间图形解答下列问题。
(Ⅰ)证明:;
(Ⅱ)求的长;
(Ⅲ)求二面角的余弦值。
(Ⅰ)取,的中点分别为和,连结,,,。由条件可知,,。由上可得平面,平面,因此,即、确定平面。又因为,,所以。又,所以平面,故。
(Ⅱ)延长到点,使,连结。因为与平行且相等,所以,,平行且相等。由于平面,所以。由条件可知,,,所以。
(Ⅲ)因为平面,所以为二面角的平面角。在中,,,解得,,即二面角余弦值为。
本题主要考查立体几何中直线、面之间的位置关系以及线段长度、二面角的计算问题。
(Ⅰ)证明两条直线异面垂直,一般考虑证明其中一条直线垂直于某个过另一条直线的平面。本题中取中点,易证明平面;
(Ⅱ)求的长度。可以考虑将其放到一个三角形中。本题过做底面的垂线,垂足为,易证明与的交点即为的中点,且,再应用勾股定理即可;
(Ⅲ)先做出这个二面角的平面角,本题中易证明即为所求。可以考虑把拆分成和来求;也可以考虑在中应用余弦定理。