如图,且,,且,且,平面,。
(Ⅰ)若为的中点,为的中点,求证:平面;
(Ⅱ)求二面角的正弦值;
(Ⅲ)若点在线段上,且直线与平面所成的角为,求线段的长。
根据题意,可以建立以为原点,为轴正方向,为轴正方向,为轴正方向,建立空间直角坐标系,如下图所示。则可得:、、、、、、、因为为的中点,所以。
(Ⅰ)依题意有,,
设,为平面的法向量,则,即,不妨令,可得,
又因为,可得,
又因为直线平面,
所以平面。
(Ⅱ)依题意,可得,,,
设为平面的法向量,则,即,不妨令,可得,
因此有,
故,
所以二面角的正弦值为。
(Ⅲ)设线段的长为(),则点的坐标为,可得,易知,为平面的一个法向量,故,
由题意,可得,
解得,
所以,线段的长为。
本题主要考查空间直角坐标系、空间向量的应用以及点、直线、平面的位置关系。
(Ⅰ)根据题意,建立空间直角坐标系,只需证明与平面的法向量垂直,即可证明平面。
(Ⅱ)分别求平面的法向量和平面的法向量,即可求得二面角的正弦值。
(Ⅲ)根据直线与平面所成的角为,列出关于的方程,即可求出的值。