(本小题满分12分)
如图,在四棱柱中,底面是等腰梯形,,,是线段的中点。
(Ⅰ)求证:平面;
(Ⅱ)若垂直于平面且,求平面和平面所成的角(锐角)的余弦值。
(1)因为四边形是等腰梯形,且,所以,又由是的中点,因此且,连接,在四棱柱中,因为,,可得,,所以四边形为平行四边形,因此,又平面,平面,所以平面。
(2)解法一:连接,,由(1)知且,所以四边形为平行四边形,可得,由题意,所以为正三角形,因此,,因此,又底面,建立空间坐标系,所以,,,因此,所以,,设平面的一个法向量,由得,可得平面的一个法向量,又为平面的一个法向量,因此,所以平面和平面所成的角(锐角)的余弦值为。
解法二:由(1)知平面平面,过向作垂线交于,连接,由平面,可得,因此为二面角的平面角,在中,,,可得。所以,在中,,所以平面和平面所成的角(锐角)的余弦值为。
本题主要考查线面关系的判定和二面角。
(1)通过证明与平行且相等,得到四边形为平行四边形,则,也即平面,得证;
(2)这里提供两种思路:一、坐标系法,建立如图所示的空间直角坐标系,根据边角关系得到各点坐标和所要求的二面角所在两平面的法向量,即可得该二面角的余弦值;二、几何法,作出如图所示的辅助线,根据线面关系得到二面角的具体角为,在中,得到各边的长后即可得其大小。