如图,在四棱锥E-ABCD中,底面ABCD为正方形,AE⊥平面CDE,已知AE=DE=3,F为线段DE上的动点.
(Ⅰ)若F为DE的中点,求证:BE∥平面ACF;
(Ⅱ)若二面角E-BC-F与二面角F-BC-D的大小相等,求DF长.
网友回答
证明:(Ⅰ)连接AC,BD交于O,连OF,如图1
∵F为DE中点,O为BD中点,
∴OF∥BE,OF?平面ACF,BE?平面ACF,
∴BE∥平面ACF.…(6分)
(Ⅱ)如图2,过E作EH⊥AD于H,过H作MH⊥BC
于M,连接ME,同理过F作FG⊥AD于G,过G作NG⊥BC于N,连接NF,
∵AE⊥平面CDE,CD?平面CDE,
∴AE⊥CD,
∵CD⊥AD,AE∩AD=A,AD,AE?平面DAE,
∴CD⊥平面DAE,EH?平面DAE,
∴CD⊥EH,CD∩AD=D,CD,AD?平面ABCD,EH⊥平面ABCD,
∴HE⊥BC,
∴BC⊥平面MHE,
∴∠HME为二面角E-BC-D的平面角,
同理,∠GNF为二面角F-BC-D的平面角,
∵MH∥AB,
∴,
又,
∴,而∠HME=2∠GNF,
∴,
∴,,
又GF∥HE,
∴,
∴.…(15分)
解法二:
(Ⅱ)∵AE⊥平面CDE,CD?平面CDE,∴AE⊥CD,
∵CD⊥AD,AE∩AD=A,AD,AE?平面DAE,
∴CD⊥平面DAE,如图建立坐标系,
则E(3,0,0),F(a,0,0),,A(3,0,3),D(0,0,0)
由得,设平面ABCD,
且,
由
设平面BCF,且,
由
设平面BCE,且,
由
设二面角E-BC-F的大小为α,二面角D-BC-F的大小为β,α=β,,
∴,
∵0<a<3,∴.…(15分)
解析分析:(I)连接AC,BD交于O,连OF,利用三角形的中位线平行于底边得到OF∥BE,利用直线与平面平行的判定定理得证.(II)法一:利用二面角的平面角的定义,通过作辅助线,利用线面垂直的判定定理及线面垂直的性质找出二面角E-BC-D的平面角与二面角F-BC-D的平面角,利用已知条件得到线段的长度关系.法二:通过建立空间直角坐标系,求出两个面的法向量,利用向量的数量积公式求出二面角E-BC-F的余弦值,同理求出二面角D-BC-F的余弦值,根据已知它们的绝对值相等,列出方程求出DF的长度.
点评:主要考查了空间直线与平面的位置关系和二面角等基础知识,同时考查了空间想象能力、推理论证能力和运算求解能力.在高考中以解答题的形式出现,常用的工具是空间向量.