Question

如图，在正方形中，点分别是的中点，将分别沿、折起，使两点重合于.

（Ⅰ）求证：平面⊥平面；

（Ⅱ）求二面角的余弦值.

Answer

（Ⅰ）证明见解析；（Ⅱ） .

【解析】

试题分析：（Ⅰ）要证明面面垂直，可以先证明线面垂直，即可以先证明直线，进而可证明平面⊥平面；（Ⅱ）可以用传统方法也可以用向量方法，用传统方法时，可按照“作、算、证”的步骤，并结合余弦定理即可求二面角的余弦值.向量法关键是要建立适当的直角坐标系，并正确地求出二平面的法向量，进而可得到二面角的余弦值.

试题解析：（Ⅰ）证明：连接交于，连接.在正方形中，点是的中点，点是的中点，所以，所以，因此，所以在等腰中，是的中点，且.因此在等腰中，，从而平面.又平面，所以平面 平面.即平面平面.

（Ⅱ）方法一：在正方形中，连接，交于.设正方形的边长为.由于点是的中点，点是的中点.所以，于是，从而，所以.于是，在翻折后的几何体中，为二面角的平面角.

在正方形中，解得，，所以，在中，，由余弦定理得.所以，二面角的余弦值为.

方法二：

由题知两两互相垂直，故以为原点，向量方向分别为轴的正方向,建立如图的空间直角坐标系.设正方形边长为，则，所以，设为平面的一个法向量，由，得，令，得，又由题知是平面的一个法向量，所以，所以，二面角的余弦值为.

考点：1、面面垂直；2、二面角的平面角.