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    高考数学立体几何大题训练(共38页).doc

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    高考数学立体几何大题训练(共38页).doc

    精选优质文档-倾情为你奉上高考数学立体几何大题训练1如图,平面平面,其中为矩形,为梯形,为中点()求证:平面;()求证:2如图,在四棱锥中,平面,底面是菱形,,为与的交点,为棱上一点PABCDEO()证明:平面平面;()若平面,求三棱锥的体积3如图,已知四边形ABCD是正方形,平面ABCD,CD=PD=2EA,PD/EA,F,G,H分别为PB,BE,PC的中点.()求证:GH/平面PDAE;()求证:平面平面PCD.4如图,在矩形中,点为边上的点,点为边的中点, ,现将沿边折至位置,且平面平面. ()求证:平面平面;()求四棱锥的体积5如图,AB为圆O的直径,点E、F在圆O上,ABEF,矩形ABCD所在的平面和圆O所在的平面互相垂直,且AB=2,AD=EF=1.()求证:AF平面CBF;()设FC的中点为M,求证:OM平面DAF;()设平面CBF将几何体EFABCD分成的两个锥体的体积分别为,求.6如图所示,在正方体中,分别是棱的中点EABCDB1A1D1C1F()证明:平面平面;()证明:/平面;()若正方体棱长为1,求四面体的体积.7如图,四棱锥中,是正三角形,四边形是矩形,且平面平面,()若点是的中点,求证:平面; ()若点在线段上,且,当三棱锥的体积为时,求实数的值8如图,三棱柱中,侧棱垂直底面,D是棱的中点.(1)证明:平面;(2)若,求三棱锥的体积.9已知平行四边形,为的中点,把三角形沿折起至位置,使得,是线段的中点.(1)求证:;(2)求证:面面;(3)求四棱锥的体积. 10如图, 已知边长为2的的菱形与菱形全等,且,平面平面,点为的中点.()求证:平面;()求证:;()求三棱锥的体积.11如图,三棱柱中,平面平面,与相交于点.CC1B1AA1BD()求证:平面;()求二面角的余弦值.12如图,已知四边形ABCD为正方形,平面,且(1)求证:平面;(2)求二面角的余弦值. 13如图,在四棱锥中,底面是正方形,侧面底面, ,点是的中点,点在边上移动()若为中点,求证:/平面;()求证:;()若,二面角的余弦值等于,试判断点在边上的位置,并说明理由.14已知几何体的三视图如图所示,其中俯视图和侧视图都是腰长为4的等腰直角三角形,正视图为直角梯形(1)求此几何体的体积的大小;(2)求异面直线DE与AB所成角的余弦值;(3)求二面角A-ED-B的正弦值 15如图,在直三棱柱中,平面侧面,且(1) 求证:;(2)若直线与平面所成的角为,求锐二面角的大小.16如图所示,正方形与矩形所在平面互相垂直,点为的中点.(1)求证:平面;(2)求证:;(3)在线段上是否存在点,使二面角的大小为?若存在,求出的长;若不存在,请说明理由.17如图,在三棱柱中,平面,为棱上的动点,.当为的中点,求直线与平面所成角的正弦值;当的值为多少时,二面角的大小是45. 18如图,在四棱锥中,平面平面.(1)证明:平面;(2)求二面角的大小19如图,正方形与梯形所在的平面互相垂直,为的中点(1)求证:平面;(2)求证:平面平面;(3)求平面与平面所成锐二面角的余弦值.20在如图所示的几何体中,四边形为平行四边形,平面,.(1)若是线段的中点,求证:平面;(2)若,求二面角的余弦值.专心-专注-专业参考答案1()详见解析; ()详见解析【解析】试题分析:证明:()取的中点,连接,可得, 又因为,所以,四边形为平行四边形,所以 ,在根据线面平行的判定定理,即可证明结果()取的中点,连接、,可得, 因为平面平面,所以平面,所以,因为,所以四边形为平行四边形,又,所以 ,根据线面垂直的判定定理,即可证明结果试题解析:证明:()取的中点,连接因为分别是,的中点,所以, 2分又因为,所以,四边形为平行四边形所以 4分因为平面,平面所以平面 5分()取的中点,连接、因为分别是,的中点,所以, 7分因为平面平面,所以平面,所以 9分因为,所以四边形为平行四边形,又,所以 11分因为所以平面所以 12分考点: 1线面平行的判定定理;2线面垂直的判定定理2()证明见解析;()【解析】试题分析:()要证面面垂直需证线面垂直,根据题意,需证平面,因为底面为菱形对角线互相垂直,又因为平面,所以平面得证;()根据线面平行的性质定理可知:平行平面与平面的交线,同时为中点,所以为中点,所以三棱锥的体积等于三棱锥即为三棱锥体积的一半,进而求得三棱锥的体积试题解析:()平面,平面,四边形是菱形,又,平面而平面,平面平面 6分()平面,平面平面,是中点,是中点PABCDEOH取中点,连结,四边形是菱形,又,平面, 9分 12分考点:1面面平行的判定定理;2线面平行的性质定理;3三棱锥的体积公式3(1)证明详见解析;(2)证明详见解析.【解析】试题分析:本题主要考查线线平行、线面平行、线线垂直、线面垂直等基础知识,考查学生的分析问题解决问题的能力、空间想象能力、逻辑思维能力、计算能力.第一问,取PD、EA中点,利用中位线得,而,说明是平行四边形,利用线面平行的判定平面;第二问,先利用线面垂直的性质得,再利用线面垂直的判定得平面,即平面,最后利用面面垂直的判定得平面平面.试题解析:(1)分别取的中点的中点连结.因为分别为的中点,所以 .因为,所以,故四边形是平行四边形.所以. 4分又因为平面,平面,所以平面. 6分(2)证明:因为平面,平面,所以.因为所以平面.因为分别为的中点,所以所以平面因为平面,所以平面平面. 12分考点:线线平行、线面平行、线线垂直、线面垂直.4()见解析()【解析】试题分析:对于第一问要证明面面垂直,关键是把握住面面垂直的判定定理,在其中一个平面内找出另一个平面的垂线即可,而在找线面垂直时,需要把握住线面垂直的判定定理的内容,注意做好空间中的垂直转化工作,对于第二问,注意在求棱锥的体积时,注意把握住有关求体积的量是多少,底面积和高弄清楚后就没有问题.试题解析:()证明:在中,在中,,. 3分平面平面,且平面平面 平面,平面,平面平面. 6分()解:过做,平面平面平面且平面平面 平面,四棱锥的高. 8分 10分则. 12分考点:面面垂直的判定,棱锥的体积.5()参考解析;()参考解析;()【解析】试题分析:()要证线面垂直等价转化为线线垂直,由圆周角所对的弦为直径即可得AF与BF垂直,再根据面面垂直的性质即可得CB与AF垂直.由此即可得到结论.()线面平行等价转化为线线平行,通过做DF的中点即可得到一个平行四边形,由此即可得到线线平行,即可得到结论.()根据四棱锥的体积公式,以及三棱锥的体积公式,其中有些公共的线段,由此即可求出两个体积的比值.试题解析:()证明:平面ABCD平面ABEF,CBAB,平面ABCD平面ABEF=AB,CB平面ABEF,AF平面ABEF,AFCB, 又AB为圆O的直径,AFBF,AF平面CBF.()设DF的中点为N,则MN,又,则,MNAO为平行四边形, OMAN,又AN平面DAF,PM平面DAF,OM平面DAF.()过点F作FGAB于G,平面ABCD平面ABEF,FG平面ABCD, CB平面ABEF,考点:1.线面垂直.2.线面平行.3.棱锥的体积公式.6()详见解析()详见解析()【解析】试题分析:)证明面面垂直,一般利用面面垂直判定定理,即从证明线面垂直出发:因为面所以又,所以面,所以平面面.()证明线面平行,一般利用线面平行判定定理,即从证明线线平行出发,这一般可利用平面几何知识得以证明:设,则易得四边形为平行四边形,所以/.所以/面 ()求棱锥体积,关键在于确定其高。可以利用等体积法将其转化为可确定高的棱锥:试题解析:()证明: 因为为正方体,所以面;因为面,所以 2分又因为,所以面 因为面,所以平面面. 5分()连接,/,且, EFABCDB1A1D1C1设,则/且,所以/且,所以四边形为平行四边形. 所以/. 9分又因为,所以/面 11分() 14分考点:面面垂直判定定理,线面平行判定定理,棱锥体积7()证明见解析;()【解析】试题分析:()将证明线面平行转化为线线平行,通过做辅助线可证明出/,线面平行的判定定理可证出平面;()如图所示作辅助线,通过题意可先分将问题转化为求,由面面垂直的性质定理得平面,进而平面,得到平面,故,进而确定,再由试题解析:()如图,连接,设,又点是的中点,则在中,中位线/, 3分又平面,平面所以平面 5分 ()依据题意可得:,取中点,所以,且又平面平面,则平面; 6分作于上一点,则平面,因为四边形是矩形,所以平面,则为直角三角形 8分所以,则直角三角形的面积为 10分由得: 12分考点:1、线面平行问题与线线平行问题的互化;2、面面垂直与线面垂直问题的互化;3、综合分析能力8(1)见解析 (2)【解析】试题分析:对应第一问,关键是要掌握线面垂直的判定,把握线线垂直的证明方法,第二问注意椎体的体积公式的应用.试题解析:(1)由题设知,平面. (2分)又平面,. (3分)由题设知,即. (4分),平面. (6分)(2) ,D是棱的中点, (7分), (9分)的面积 (10分) (11分),即三棱锥的体积为. (13分)考点:线面垂直的判定,椎体的体积.9(1)证明见解析;(2)证明见解析;(3)3.【解析】试题分析:(1)此题将线面平行转化为线线平行问题,可取的中点,连接构造辅助线,得到,进而证明出平面;(2)此题将面面垂直问题转化为线面垂直问题,可取的中点,连接构造辅助线,借助于余弦定理,得出,即为直角三角形,由线面垂直的判定定理,证明出,根据面面垂直的判定定理得出面面;(3)由棱锥的体积公式得,梯形的底边为2、4,高为,由(2),代入上式即可求得.试题解析: (1)证明:取的中点,连接 为中点,且 为平行四边形边的中点,且 ,且四边形是平行四边形平面,平面 平面 4分(2)取的中点,连接,为的中点为等边三角形,即折叠后也为等边三角形,且在中,根据余弦定理,可得在中,即又,所以又面面 10分(3)由第(2)问知3 14分考点:1、线面平行;2、面面垂直;3.棱锥的体积10()见解析;()见解析; ()【解析】试题分析:()要证明线面平行,只需证明这条直线以平面内的一条直线平行即可,连结,易得为三角形的中位线,所以,平面;要证明线线垂直,一般通过线面垂直得到,易得平面,在菱形中,平面()利用等体积法即可,即 试题解析:()连结, .1分因为四边形是菱形,所以,,又,所以,为三角形的中位线 .2分所以,.又平面,平面平面 4分 ()因为四边形是菱形,所以。又平面平面,且交线为平面, 2分又 平面 3分在菱形中,, 4分平面平面 5分 6分()由题知,=2,故,在三角形中,,所以=. 1分又,所以,所以是等边三角形,所以,所以 2分又面,所以,点C到面的距离 3分所以 4分考点:立体几何的综合应用11()见解析 ;()【解析】试题分析:()证明直线和平面垂直的常用方法:(1)利用判定定理(2)利用判定定理的推论()(3)利用面面平行的性质()(4)利用面面垂直的性质本题即是利用面面垂直的性质;()求面面角方法一是传统方法,作出二面角,难度较大,一般不采用,方法二是向量法,思路简单,运算量稍大,一般采用向量法.试题解析:()依题意,侧面是菱形,是的中点,因为,所以,又平面平面,且平面,平面平面所以平面. 5分()传统法由()知平面,面,所以,CC1B1AA1BDH传统法图又,所以平面,过作,垂足为,连结,则,所以为二面角的平面角. 9分在中,所以, 12分所以,即二面角的余弦值是. 14分向量法以为原点,建立空间直角坐标系如图所示, 6分C1B1ACA1BDxzy向量法图由已知可得 故,则, 8分设平面的一个法向量是,则,即,解得令,得 11分显然是平面的一个法向量, 12分所以,即二面角的余弦值是. 14分考点:线面垂直、二面角12(1)详见解析;(2)二面角的余弦值为 .【解析】试题分析:(1) 因为EACF,所以ACFE是一个平面图形,在这个平面图形中,ACAE2,所以ACE是等腰直角三角形.连接AC交BD于点O,连接FO.易得OCFC,所以OCF也是等腰直角三角形.由此可证得ECOF.又由三垂线定理可证得,从而可得平面.法二, 以点A为坐标原点,AD所在的直线为x轴,AB所在直线为y轴,AE所在直线为z轴建立直角坐标系,利用向量也可证得面.(2)由(1)知向量为平面的法向量,再用向量方法求出平面的法向量即可求出二面角的余弦值.试题解析:(1)(法一)连接AC交BD于点O,连接FO.过点O作OHAE交EC于点H,连接HF,因为O是AC的中点,所以H是EC的中点,所以,因为EACF,且EA=2CF,所以OHCF且OH=CF,又因为所以四边形OCFH为菱形,而垂直于平面ABCD,所以从而,从而四边形OCFH为正方形进而又因为四边形ABCD为正方形,所以; 又且从而面,则又且所以平面. .6分(法二) 以点A为坐标原点,AD所在的直线为x轴,AB所在直线为y轴,AE所在直线为z轴建立直角坐标系,则,所以从而有·=0,·=0所以又因为从而面 (2)由(1)知向量为平面的法向量设平面的法向量为则即;令得故 所以二面角的余弦值为 考点:1、空间线面间的位置关系;2、二面角.13(1)证明详见解析;(2)证明详见解析;(3)点F为边BC上靠近B点的三等分点.【解析】试题分析:本题主要考查线线平行、线面平行、线线垂直、线面垂直、二面角、向量法等基础知识,考查学生的分析问题解决问题的能力、空间想象能力、逻辑推理能力.第一问,在中,E、F分别是BP、BC中点,利用中位线的性质得,再根据线面平行的判定得出结论;第二问,由正方形ABCD得出,利用面面垂直的性质,得平面PAB,利用线面垂直的性质,得,再从中证出,利用线面垂直的判定得平面PBC,所以AE垂直面PBC内的线PF;第三问,利用已知的这些条件整理出AD、AB、AP两两垂直,建立空间直角坐标系,写出相关点的坐标,得出向量坐标,分别求出平面AEF和平面ABF的法向量,利用夹角公式列出表达式,求出m,即得到BF的长,从而得到点F的位置.试题解析:(1)在中,点E是PB中点,点F是BC中点,又平面PAC,平面PAC,平面PAC(2)底面ABCD是正方形,.又侧面PAB底面ABCD,平面PAB平面ABCD=AB,且平面ABCD,平面PAB.平面PAB,由已知,点E是PB的中点,又,平面PBC.平面PBC,.(3)点F为边BC上靠近B点的三等分点.,由(2)可知,平面PAB.又,平面PAB,即,两两垂直.分别以AD,AB,AP为x轴,y轴,z轴,建立空间直角坐标系(如图).不妨设,则,.,.设平面AEF的一个法向量为,得,取,则,得.,平面ABCD.即平面ABF的一个法向量为.,解得.,即点F为边BC上靠近B点的三等分点.考点:线线平行、线面平行、线线垂直、线面垂直、二面角、向量法.14(1)16;(2) ;(3)【解析】试题分析:(1)由三视图易得AC平面BCE,则体积;(2)取EC的中点是F,连结BF,可证FBA或其补角即为异面直线DE与AB所成的角,在BAF中,利用余弦定理可求得异面直线DE与AB所成的角的余弦值为 ;(3)过C作CGDE交DE于G,连AG,可证DE平面ACG,易知AGC为二面角A-ED-B的平面角,在ACG中,可求得二面角A-ED-B的的正弦值为试题解析:(1)AC平面BCE, 则 几何体的体积V为16(2)取EC的中点是F,连结BF,则BF/DE,FBA或其补角即为异面直线DE与AB所成的角在BAF中,AB=,BF=AF=异面直线DE与AB所成的角的余弦值为 (3)AC平面BCE,过C作CGDE交DE于G,连AG可得DE平面ACG,从而AGDE,AGC为二面角A-ED-B的平面角在ACG中,ACG=90°,AC=4,G=,二面角A-ED-B的的正弦值为考点:1空间几何体的结构特征与三视图;2空间几何中的线面角与二面角15(1)详见解析;(2)【解析】试题分析:(1) 取的中点,连接,要证 ,只要证 平面 由直三棱柱的性质可知 ,只需证,因此只要证明平面事实上,由已知平面侧面,平面,且所以平面成立,于是结论可证.(2) 思路一:连接,可证即为直线与所成的角,则 过点A作于点,连,可证即为二面角的一个平面角.在直角中 ,即二面角的大小为思路二:以点为原点,以所在直线分别为轴建立空间直角坐标系设平面的一个法向量,平面的一个法向量为,利用向量的数量积求出这两个法向量的坐标,进而利用法向量的夹角求出锐二面角的大小.试题解析:.解(1)证明:如图,取的中点,连接,因,则由平面侧面,且平面侧面,得,又平面, 所以.因为三棱柱是直三棱柱,则,所以.又,从而侧面 ,又侧面,故.解法一:连接,由(1)可知,则是在内的射影 即为直线与所成的角,则在等腰直角中,且点是中点, ,且, 过点A作于点,连,由(1)知,则,且 即为二面角的一个平面角且直角中:,又, ,且二面角为锐二面角 ,即二面角的大小为 解法二(向量法):由(1)知且,所以以点为原点,以所在直线分别为轴建立空间直角坐标系,如图所示,且设,则, 设平面的一个法向量,由, 得: 令 ,得 ,则 设直线与所成的角为,则得,解得,即 又设平面的一个法向量为,同理可得,设锐二面角的大小为,则,且,得 锐二面角的大小为. 考点:1、空间直线、平面的位置关系;2、空间向量在立体几何问题中的应用.16(1)祥见解析;(2)祥见解析;(3)存在满足条件的.【解析】试题分析:(1)O是AD1的中点,连接OE,由中位线定理可得EOBD1,再由线面平行的判定定理可得BD1平面A1DE;(2)由正方形AA1D1D与矩形ABCD所在平面互相垂直,根据面面垂直的性质定理可得AB平面ADD1A1,进而线面垂直的性质定理得到ABA1D,结合A1DAD1及线面垂直的判定定理,可得A1D平面AD1E,进而D1EA1D;(3)以点D为原点,DA,DC,DD1所在直线分别为x轴、y轴、z轴,建立如图所示的空间直角坐标系,设M(1,a,0)(0a2),分别求出平面D1MC的法向量和平面MCD的一个法向量,根据二面角D1-MC-D的大小为,结合向量夹角公式,构造关于a的方程,解方程可得M点的坐标,进而求出AM长试题解析:(1)连结交于,连结,因为四边形为正方形,所以为的中点,又点为的中点,在中,有中位线定理有/,而平面,平面,所以,/平面.(2)因为正方形与矩形所在平面互相垂直,所以,而,所以平面,又平面,所以.(3)存在满足条件的.依题意,以为坐标原点,、分别为轴、轴、轴建立空间直角坐标系,因为,则,所,易知为平面的法向量,设,所以平面的法向量为,所以,即,所以,取,则,又二面角的大小为,所以,解得.故在线段上是存在点,使二面角的大小为,且.考点:1空间中直线与直线之间的位置关系;直线与平面平行的判定;空间向量求平面间的夹角.17(1),(2).【解析】试题分析:(1)此小题考查用空间向量解决线面角问题,只需找到面的法向量与线的方向向量,注意用好如下公式:,且线面角的范围为:;(2)此小题考查的是用空间向量解决面面角问题,只需找到两个面的法向量,但由于点坐标未知,可先设出,利用二面角的大小是45,求出点坐标,从而可得到的长度,则易求出其比值.试题解析: 如图,以点为原点建立空间直角坐标系,依题意得,因为为中点,则,设是平面的一个法向量,则,得,取,则,设直线与平面的法向量的夹角为,则,所以直线与平面所成角的正弦值为;设,设是平面的一个法向量,则,取,则,是平面的一个法向量,得,即,所以当时,二面角的大小是.考点:运用空间向量解决线面角与面面角问题,要掌握线面角与面面角的公式,要注意合理建系.18(1)详见解析;(2)二面角的大小是【解析】试题分析:(1)求证:平面,证明线面垂直,先证线线垂直,即证线和平面内两条相交直线垂直,由已知可得,只需证明,或,由已知平面平面,只需证明,就得平面,即,而由已知,在直角梯形中,易求,从而满足,即得,问题得证;(2)求二面角的大小,可用传统方法,也可用向量法,用传统方法,关键是找二面角的平面角,可利用三垂线定理来找,但本题不存在利用三垂线定理的条件,因此利用垂面法,即作,与交于点,过点作,与交于点,连结,由(1)知,则,所以是二面角的平面角,求出的三条边,利用余弦定理,即可求出二面角的大小,用向量法,首先建立空间坐标系,先找三条两两垂直的直线作为坐标轴,观察几何图形可知,以为原点,分别以射线为轴的正半轴,建立空间直角坐标系,写出个点坐标,设出设平面的法向量为,平面的法向量为,求出它们的一个法向量,利用法向量的夹角与二面角的关系,即可求出二面角的大小(1)在直角梯形中,由,得,由,则,即,又平面平面,从而平面,所以,又,从而平面;(2)方法一:作,与交于点,过点作,与交于点,连结,由(1)知,则,所以是二面角的平面角,在直角梯形中,由,得,又平面平面,得平面,从而,由于平面,得:,在中,由,得,在中,得,在中,得,从而,在中,利用余弦定理分别可得,在中,所以,即二面角的大小是方法二:以为原点,分别以射线为轴的正半轴,建立空间直角坐标系如图所示,由题意可知各点坐标如下:,设平面的法向量为,平面的法向量为,可算得,由得,可取,由得,可取,于是,由题意可知,所求二面角是锐角,故二面角的大小是点评:本题主要考查空间点,线,面位置关系,二面角等基础知识,空间向量的应用 ,同时考查空间想象能力,与推理论证,运算求解能力19(1)证明过程详见解析;(2)证明过程详见解析;(3).【解析】试题分析:本题主要考查中位线、平行四边形的证明、线面平行、线面垂直、面面垂直、二面角等基础知识,考查学生的空间想象能力、逻辑推理能力、计算能力.第一问,作出辅助线MN,N为中点,在中,利用中位线得到,且,结合已知条件,可证出四边形ABMN为平行四边形,所以,利用线面平行的判定,得平面;第二问,利用面面垂直的性质,判断面,再利用已知的边长,可证出,则利用线面垂直的判定得平面BDE,再利用面面垂直的判定得平面平面;第三问,可以利用传统几何法证明二面角的平面角,也可以利用向量法建立空间直角坐标系,求出平面BEC和平面ADEF的法向量,利用夹角公式计算即可.(1)证明:取中点,连结在中,分别为的中点,所以,且由已知,所以,且所以四边形为平行四边形,所以又因为平面,且平面,所以平面 4分(2)证明:在正方形中,又因为平面平面,且平面平面,所以平面所以 6分在直角梯形中,可得在中,所以 7分所以平面 8分又因为平面,所以平面平面 9分(3)(方法一)延长和交于在平面内过作于,连结由平面平面,平面平面=,得,于是又,平面,所以,于是就是平面与平面所成锐二面角的平面角. 12分由,得.又,于是有.在中,.所以平面与平面所成锐二面角的余弦值为 14分(方法二)由(2)知平面,且 以为原点,所在直线分别为轴,建立空间直角坐标系易得 .平面的一个法向量为.设为平面的一个法向量,因为,所以,令,得所以为平面的一个法向量 分 设平面与平面所成锐二面角为 则所以平面与平面所成锐二面角的余弦值为 14分考点:中位线、平行四边形的证明、线面平行、线面垂直、面面垂直、二面角.20(1)详见解析;(2).【解析】试题分析:(1)连接,利用平行线的传递性结合得到,再利用点为的中点得到,从而证明四边形为平行四边形,从而得到,最终结合直线与平面的判定定理证明平面;(2)建立以点为坐标原点,以、所在直线为轴、轴、轴的空间直角坐标系,利用空间向量法来求二面角的余弦值.试题解析:(1),由于,因此连接,由于,在平行四边形中,是线段的中点,则,且,因此,且,所以四边形为平行四边形,又平面,平面,平面;(2),又平面,、两两垂直。分别以、所在直线为轴、轴、轴建立如图所示的空间直角坐标系,则、,故,又,.设平面的法向量,则,取,得,所以,设平面的法向量,则,取,得,所以,所以故二面角的余弦值为.考点:1.直线与平面平行;2.利用空间向量法求二面角

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