【題目】如圖所示,四邊形為菱形,,二面角為直二面角,點(diǎn)是棱的中點(diǎn).

(Ⅰ)求證:;

(Ⅱ)若,當(dāng)二面角的余弦值為時(shí),求直線與平面所成的角.

【答案】(Ⅰ)證明見解析;(Ⅱ)

【解析】

(Ⅰ)設(shè)點(diǎn)是棱的中點(diǎn),連接,根據(jù)面面垂直的性質(zhì)定理,得到平面,進(jìn)而得到,再由,結(jié)合線面垂直的判定定理,即可求解;

(Ⅱ)解法一:設(shè)點(diǎn)的交點(diǎn),證得為二面角的平面角,結(jié)合解三角形的知識(shí),即可求解;解法二:設(shè)點(diǎn)的交點(diǎn),以所在直線為所在直線為軸,過點(diǎn)垂直平面的直線為軸,建立空間直角坐標(biāo)系,可得平面的一個(gè)法向量,結(jié)合向量的夾角公式,即可求解.

(Ⅰ)如圖所示,設(shè)點(diǎn)是棱的中點(diǎn),連接,

及點(diǎn)是棱的中點(diǎn),可得,

又二面角為直二面角,故平面

又因?yàn)?/span>平面,所以

又因?yàn)樗倪呅?/span>為菱形,所以,

的中位線,所以,可得,

又由,且平面平面,

所以平面 又因?yàn)?/span>平面,

所以

(Ⅱ)解法一:設(shè)點(diǎn)的交點(diǎn),

由(Ⅰ)可知平面,

均在平面內(nèi),從而有,

為二面角的平面角,

因?yàn)?/span>,所以為等邊三角形.

不妨設(shè)菱形的邊長(zhǎng)為

則在中,,

于是

中,,

整理得,

因?yàn)?/span>平面,所以為直線與平面所成的角.

所以直線與平面所成的角為.

解法二:設(shè)點(diǎn)的交點(diǎn),

所在直線為所在直線為軸,

過點(diǎn)垂直平面的直線為軸,建立空間直角坐標(biāo)系.

設(shè),則,,

,

設(shè)平面的法向量為,

,即,

,得的一個(gè)法向量為,

,解得,

,

則直線與平面所成的角為

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