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在如图所示的几何体中,四边形为平行四边形,平面,且的中点.

)求证:平面

)求二面角的大小;

)在线段上是否存在一点,使得所成的角为 若存在,求出的长度;若不存在,请说明理由.

 

答案:
(Ⅰ)证明见解析. (Ⅱ) . (Ⅲ)不存在点;理由见解析. 【解析】 (Ⅰ)建立空间直角坐标系,求出平面的法向量,证明,即可证明平面. (Ⅱ)根据平面的法向量,求得平面的一个法向量,利用向量的夹角公式即可求得二面角的值. (Ⅲ)假设存在这样的P,设出P点坐标,根据向量的夹角关系求出P的坐标,根据P的位置即可判断出不存在. (Ⅰ)证明:因为平面,,故以为原点,建立如图所示的空间直角坐标系 由已知可得各点坐标为 , 设平面的一个法向量是 由 得 令,则 又因为 , 所以,又平面,所以平面 (Ⅱ)由(Ⅰ)可知平面的一个法向量是. 因为平面,所以 又因为,所以平面. 故是平面的一个法向量. 所以 ,又二面角为锐角, 故二面角的大小为 (Ⅲ)假设在线段上存在一点,使得与所成的角为 不妨设 ,则 所以 由题意得 化简得 解得 因为,所以无解 即在线段上不存在点,使得与所成的角为
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