如图,在多面体ABCDE中,AE⊥面ABC,DB∥AE,且AC=AB=BC=AE=1,BD=2,F为CD中点.
(1)求证:EF⊥平面BCD;
(2)求多面体ABCDE的体积;
(3)求平面ECD和平面ACB所成的锐二面角的余弦值.
网友回答
解:(1)取BC中点G点,连接AG,FG,如图1
因为AE⊥面ABC,BD∥AE,所以BD⊥面ABC.
又AG?面ABC,所以BD⊥AG.
又AC=AB,G是BC的中点,所以AG⊥BC,所以AG⊥平面BCD.
又因为F是CD的中点且BD=2,所以FG∥BD且FG=1,所以FG∥AE.
又AE=1,所以AE=FG,所以四边形AEFG是平行四边形,所以EF∥AG,所以EF⊥面BCD
(2)设AB中点为H,则由AC=AB=BC=2,可得CH⊥AB且CH=,如图2
又BD∥AE,所以BD与AE共面.
又AE⊥面ABC,所以平面ABDE⊥平面ABC.
所以CH⊥平面ABDE,即CH为四棱锥C-ABDE的高.
故四棱锥C-ABDE的体积为VC-ABDE=SABDE?CH=.…(8分)
(3)以H为原点建立如图所示的空间直角坐标系
则C(),E(0,-,1),F(),∴,
设平面CEF的法向量为,由,,得
平面ABC的法向量为=(0,0,1)
∴cos==
∴平面角ECD和平面ACB所成的锐二面角的余弦值.
解析分析:(1)取BC中点G,连FG,AG.根据AE⊥面ABC,BD∥AE,可得BD⊥面ABC,从而BD⊥AG.进而可证AG⊥平面BCD.又可证四边形AEFG是平行四边形,所以EF∥AG,故EF⊥面BCD.(2)设AB中点为H,则根据AE⊥面ABC,可得平面ABDE⊥平面ABC.所以CH⊥平面ABDE,即CH为四棱锥C-ABDE的高.从而可求四棱锥C-ABDE的体积.(3)利用坐标表示点与向量,确定设平面CEF的法向量,平面ABC的法向量,利用向量的夹角公式,即可求得结论.
点评:本题以多面体为载体,考查线面垂直,考查几何体的体积,考查面面角,关键是利用向量的方法解决面面角,是一道综合题.