(本小题满分13分)
如图,四棱锥的底面是平行四边形,,,,,分别是棱,的中点。
(Ⅰ)证明平面;
(Ⅱ)若二面角为,
(ⅰ)证明平面平面;
(ⅱ)求直线与平面所成角的正弦值。
解:(Ⅰ)
如图,取中点,连接,。因为为中点,故且。由已知有,,又由于为中点,因而且,故四边形为平行四边形,所以,又平面,而平面,所以平面。
(Ⅱ)(ⅰ)连接,因为,,而为中点,故,,所以为二面角的平面角。在中,由,,可解得。在中,由,,可解得。在中,,,,由余弦定理,可解得,从而,即。又,,从而,因此平面,又平面,所以平面平面。
(ⅱ)连接。由(i)知,平面,所以为直线与平面所成的角,由题意得为直角,而,可得,故,又,故在直角三角形中,。所以直线与平面所成角的正弦值为。
本题主要考查线面关系的判定。
(1)作出如图所示的辅助线,根据边角关系可得出与平面上的某条直线平行,又不在平面上,得证;
(2)(ⅰ)结合正余弦定理得到各边长,根据勾股定理得,与相结合即可得到证明;
(ⅱ)将直线“平移”得到某一个具体角为所要求的二面角,根据边角关系即可求得其正弦值。