Question

如圖，正三棱柱的底面邊長(zhǎng)是，側(cè)棱長(zhǎng)是，是的中點(diǎn)．

（1）求證：∥平面；
（2）求二面角的大小；
（3）在線(xiàn)段上是否存在一點(diǎn)，使得平面平面，若存在，求出的長(zhǎng)；若不存在，說(shuō)明理由.

Answer 1

（1）詳見(jiàn)解析，（2），（3）.

試題分析：（1）線(xiàn)面平行判定定理，關(guān)鍵找線(xiàn)線(xiàn)平行.利用三角形中位線(xiàn)性質(zhì)找平行，取的中點(diǎn)，則是三角形的中位線(xiàn)，即∥．應(yīng)用定理證明時(shí)，需寫(xiě)出定理所需條件.（2）利用空間向量求二面角的大小，關(guān)鍵求出平面的法向量.平面的一個(gè)法向量為,而平面的法向量則需列方程組解出.根據(jù)向量的數(shù)量積求出兩向量夾角，再根據(jù)向量夾角與二面角的大小關(guān)系，求出結(jié)果.一般根據(jù)圖像判定所求二面角是銳角還是鈍角.（3）存在性問(wèn)題，從假定存在出發(fā)，利用面面垂直列等量關(guān)系.在（2）中已求出平面的法向量，因此只需用點(diǎn)坐標(biāo)表示平面的法向量即可.解題結(jié)果需注意點(diǎn)在線(xiàn)段上這一限制條件.
試題解析：

（1）證明：連結(jié)交于，連結(jié)，
因?yàn)槿�棱�?img src="http://thumb.zyjl.cn/pic2/upload/papers/20140824/20140824042203091680.png" style="vertical-align:middle;" />是正三棱柱，
所以四邊形是矩形，
所以為的中點(diǎn)．
因?yàn)?img src="http://thumb.zyjl.cn/pic2/upload/papers/20140824/20140824042203122315.png" style="vertical-align:middle;" />是的中點(diǎn)，
所以是三角形的中位線(xiàn)，             2分
所以∥．                           3分
因?yàn)?img src="http://thumb.zyjl.cn/pic2/upload/papers/20140824/20140824042203824508.png" style="vertical-align:middle;" />平面，平面，
所以∥平面．                      4分

（2）解：作于，所以平面，
所以在正三棱柱中如圖建立空間直角坐標(biāo)系．
因?yàn)?img src="http://thumb.zyjl.cn/pic2/upload/papers/20140824/20140824042204120485.png" style="vertical-align:middle;" />，，是的中點(diǎn)．
所以，，，， 5分
所以，，
．
設(shè)是平面的法向量，
所以即
令，則，，
所以是平面的一個(gè)法向量．             6分
由題意可知是平面的一個(gè)法向量，      7分
所以．                            8分
所以二面角的大小為．                         9分
（3）設(shè)，則，
設(shè)平面的法向量，
所以即
令，則，，
，                                12分
又，即，解得，
所以存在點(diǎn)，使得平面平面且．   14分