解答题如图,四边形ABCD是矩形,PA⊥面ABCD,其中AB=3,PA=4.
(1)当,且在PD上存在一点E,使得BE⊥CE时,求二面角E-BC-A的平面角的余弦值;
(2)若在PD上存在一点E,使得BE⊥CE,试求AD的取值范围.
网友回答
解:(1)过点E作PA的平行线,交AD于F,
∵PA⊥面ABCD,∴EF⊥面ABCD,过点F作AB的平行线,交BC于G,连接EG.则FG⊥BC,EG⊥BC,
∴∠EGF就是二面角E-BC-A的平面角,…(2分)
∵PA=4,,令EF=x,则∴
连接BF,在Rt△BEF中,BE2=BF2+EF2=AB2+AF2+EF2=9+3(4-x)2+x2
同理,连接CF,可得CE2=CF2+EF2=CD2+DF2+EF2=9+3x2+x2=9+4x2
∵BE⊥CE,∴BC2=BE2+CE2即9+3(4-x)2+x2+9+4x2=48,解之得∴,…(5分)
从而?,∴
所以二面角E-BC-A的平面角的余弦值为.??????????????????????????????…(6分)
(2)令EF=x,AD=a,则,
∵BE⊥CE,∴BC2=BE2+CE2则有,
整理得,…(9分)
由△≥0,得a4-36a2-576≥0,解得,所以.??????????? …(12分)解析分析:(1)过点E作PA的平行线,交AD于F,过点F作AB的平行线,交BC于G,连接EG.则FG⊥BC,EG⊥BC,从而∠EGF就是二面角E-BC-A的平面角,在Rt△EFG中,利用余弦函数可求二面角E-BC-A的平面角的余弦值;(2)令EF=x,AD=a,根据BE⊥CE,利用勾股定理可构建方程,利用方程有解,可求AD的取值范围.点评:本题以线面垂直为载体,考查面面角,解题的关键是利用面面角的定义,正确作出面面角,有一定的综合性.