在正四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,E为AD中点,F为B1C1中点.
(Ⅰ)求证:A1F∥平面ECC1;
(Ⅱ)在CD上是否存在一点G,使BG⊥平面ECC1?若存在,请确定点G的位置,并证明你的结论;若不存在,请说明理由.
网友回答
解:(Ⅰ)在正四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,取BC中点M,连接AM,FM.
∵平行四边形BB1C1C中,F、M分别是B1C1、BC的中点,
∴FM∥B1B且FM=B1B.…(2分)
∵正四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,AA1∥B1B且AA1=B1B
∴FM∥A1A且FM=A1A,得四边形AA1FM是平行四边形.
∴FA1∥AM.
∵平行四边形ABCD中,E为AD中点,M为BC中点,
∴AE∥MC且AE=MC.得四边形AMCE是平行四边形.…(4分)
∴CE∥AM,可得CE∥A1F.
∵A1F?平面ECC1,EC?平面ECC1,
∴A1F∥平面ECC1.…(6分)
(Ⅱ)结论:在CD上存在一点G,使BG⊥平面ECC1
取CD中点G,连接BG…(7分)
在正方形ABCD中,DE=GC,CD=BC,∠ADC=∠BCD,
∴△CDE≌△BCG,得∠ECD=∠GBC.…(9分)
∵∠CGB+∠GBC=90°,所以∠CGB+∠DCE=90°,得BG⊥EC.…(11分)
∵CC1⊥平面ABCD,BG?平面ABCD,∴CC1⊥BG,
又∵EC∩CC1=C.EC、CC1?平面ECC1.
∴BG⊥平面ECC1.
故在CD上存在中点G,使得BG⊥平面ECC1.…(13分)
解析分析:(I)利用平行四边形和四棱柱的性质,证出FM∥A1A且FM=A1A,得四边形AA1FM是平行四边形,从而FA1∥AM.再根据平行四边形ABCD中,E、M分别为AD、BC中点,得四边形AMCE是平行四边形,所以CE∥AM.由此可得CE∥A1F,结合线面平行判定定理,得到A1F∥平面ECC1.(II)取CD中点G,连接BG,利用正方形的性质结合三角形全等,可得BG⊥EC.由CC1⊥平面ABCD,得CC1⊥BG,结合线面垂直判定定理,得BG⊥平面ECC1.说明在CD上存在中点G,使得BG⊥平面ECC1.
点评:本题给出正四棱柱,求证线面平行并探索线面垂直,着重考查了空间线面垂直、平行的判定与性质等知识,属于中档题.