(本小题满分12分)
《九章算术》中,将底面为长方形且有一条侧棱与底面垂直的四棱锥称之为阳马,将四个面都为直角三角形的四面体称之为鳖臑。
在阳马中,侧棱底面,且,过棱的中点,作交于点,连接,,,。
(1)证明:平面。试判断四面体是否为鳖臑。若是,写出其每个面的直角(只需写出结论);若不是,说明理由;
(2)若面与面所成二面角的大小为,求的值。
(1)因为底面,所以,由底面为长方形,有,而,所以平面。而平面,所以。
又因为,点是的中点,所以。而,所以平面,而平面,所以。
又,,所以平面。
由平面,平面,可知四面体的四个面都是直角三角形,即四面体是一个鳖臑,其四个面的直角分别为,,,。
(2)如图所示,在面内,延长与交于点,则是平面与平面的交线。
由(1)可知,平面,所以。又因为底面,所以,而,所以底面。故是面与面所成二面角的平面角。
设,,有,在中,由,得,则,解得。
所以。
故当面与面所成二面角的大小为时,。
本题主要考查空间几何体。
(1)综合利用直线与平面垂直的判定定理、直线与平面垂直的性质、直线与直线垂直的判定定理可得到平面,;平面,;由,可得平面;
由平面,平面,可知四面体的四个面都是直角三角形,即四面体是一个鳖臑。
(2)由题中条件推出是面与面所成二面角的平面角,,,在中求出的值,从而得到。