解答题已知正三棱柱ABC-A1B1C1中,AB=2,,点D为AC的中点,点E在线段AA1上
(I)当AE:EA1=1:2时,求证DE⊥BC1;
(Ⅱ)是否存在点E,使二面角D-BE-A等于60°若存在求AE的长;若不存在,请说明理由.
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解:(Ⅰ)证明:如图,
连结DC1,因为ABC-A1B1C1为正三棱柱,所以△ABC为正三角形,
又因为D为AC的中点,所以BD⊥AC,
又平面ABC⊥平面ACC1A1,所以BD⊥平面ACC1A1,所以BD⊥DE.
因为AE:EA1=1:2,AB=1,,所以,AD=1,
所以在Rt△ADE中,∠ADE=30°,在Rt△DCC1中,,
所以,即ED⊥DC1,
所以ED⊥平面BDC1,又BC1?面BDC1,所以ED⊥BC1.
(Ⅱ)解:存在点E,使二面角D-BE-A等于60°.
事实上,假设存在点E满足条件,设AE=h.
取A1C1的中点D1,连结DD1,则DD1⊥平面ABC,所以DD1⊥AD,DD1⊥BD,
分别以DA、DB、DD1所在直线为x,y,z轴建立空间直角坐标系D-xyz,
则A(1,0,0),B(0,,0),E(1,0,h),
所以,,,.
设平面DBE的一个法向量为,
则,,令z1=1,得x1=-h,所以,
再设平面ABE的一个法向量为,
则,,令y2=1,得,所以.
所以=.解得.
故存在点E,当AE=时,二面角D-BE-A等于60°.解析分析:(Ⅰ)由D为正三角形ABC的中点,得到BD⊥AC,再由两面垂直的性质得到BD⊥面ACC1A1,继而BD⊥DE,在平面ACC1A1中利用解三角形求出∠ADE与∠CDC1的值,从而得到ED⊥DC1,则由ED⊥面BDC1,则DE⊥BC1;(Ⅱ)假设存在点E,使二面角D-BE-A等于60°,设出AE的长度,利用二面角的两个半平面的法向量所成角为60°求出h的值,若h的值在[0,]内则说明点E存在,否则不存在.点评:本题考查了直线与平面垂直的判定,考查了二面角的平面角及其求法,训练了存在性问题的求解方法,对于存在性问题,在假设结论成立的前提下进行推理,得到与已知的条件,公理、定理等相符的式子,则假设成立,否则不成立.此题是中档题.