解答题如图,四边形ABCD为直角梯形,AD∥BC,AD⊥CD.AD=AB=2BC,四边

发布时间:2020-07-09 06:38:25

解答题如图,四边形ABCD为直角梯形,AD∥BC,AD⊥CD.AD=AB=2BC,四边形ABEF为矩形,平面ABEF⊥平面ABCD.
(Ⅰ)C、D、E、F四点共面吗?证明你的结论;
(Ⅱ)设AF=kAB(0<k<1),二面角A-FD-B的余弦值为,求实数k的值.

网友回答

解法一:
(Ⅰ)C、D、E、F四点不共面.
证明:假设C、D、E、F四点共面.
因为EF∥AB,AB?平面ABCD,EF?平面ABCD,所以EF∥平面ABCD,
因为EF?平面CDEF,且平面ABCD∩平面CDEF=CD,所以EF∥CD,
又EF∥AB,所以AB∥CD,这与已知矛盾.
所以假设不成立,因此C、D、E、F四点不共面.------(6分)
(Ⅱ)因为平面ABEF⊥平面ABCD,且AF⊥AB,所以AF⊥平面ABCD,
所以平面AFD⊥平面ABCD.
△ABD为正三角形,连接BM,则BM⊥AD,所以BM⊥平面ADF.
作MT⊥FD于T,连接BT,则由三垂线逆定理可知BT⊥FD,所以∠MTB就是所求二面角的平面角.---------(9分)
不妨设AB=2,则.
由于,所以,所以.
由△DMT∽△DFA,可得,解得,所以.--------(14分)
解法二:以D为原点,DC为x轴,DA为y轴建立右手直角坐标系.不妨设AB=2,则AF=2k.
所以D(0,0,0),,,A(0,2,0),F(0,2,2k),.--------(3分)
(Ⅰ)若C、D、E、F四点共面,则存在实数λ,μ使得,即,λ,μ无解,
因此C、D、E、F四点不共面.--------(6分)
(Ⅱ)因为平面ABEF⊥平面ABCD,且AF⊥AB,所以AF⊥平面ABCD,所以AF⊥DC,又因为AD⊥DC,所以DC⊥平面AFD,所以平面AFD的一个法向量.
设平面BDF的法向量为=(x,y,z),则有,
即,则可以得到其中的一个法向量为.
由因为二面角A-FD-B的余弦值为,所以,解得.----------------(14分)解析分析:解法一:(Ⅰ)C、D、E、F四点不共面.利用反证法进行证明;(Ⅱ)作MT⊥FD于T,连接BT,则由三垂线逆定理可知BT⊥FD,所以∠MTB就是所求二面角的平面角,从而可求得结论;解法二:以D为原点,DC为x轴,DA为y轴建立右手直角坐标系(Ⅰ)若C、D、E、F四点共面,则存在实数λ,μ使得,确定所得方程组无解即可;(Ⅱ)确定平面AFD的一个法向量,求出平面BDF的法向量,利用向量的夹角公式,即可得到结论.点评:本题考查四点共面,考查面面角,考查利用向量方法解决立体几何问题,确定平面的法向量是关键.
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