在如图所示的几何体中,EA⊥平面ABC,DB⊥平面ABC,AC⊥BC,且AC=BC=BD=2AE,M是AB的中点.
(I)求证:CM⊥EM;
(II)求CM与平面CDE所成的角.
网友回答
解:方法一:(I)证明:因为AC=BC,M是AB的中点,
所以CM⊥AB.
又EA⊥平面ABC,
所以CM⊥EM.
(II)解:过点M作MH⊥平面CDE,垂足是H,连接CH交延长交ED于点F,
连接MF,MD.∠FCM是直线CM和平面CDE所成的角.
因为MH⊥平面CDE,
所以,
又因为CM⊥平面EDM,
所以CM⊥ED,
则ED⊥平面CMF,因此ED⊥MF.
设EA=a,,
在直角梯形ABDE中,,M是AB的中点,
所以DE=3a,,,
得△EMD是直角三角形,其中∠EMD=90°,
所以.
在Rt△CMF中,,
所以∠FCM=45°,
故CM与平面CDE所成的角是45°.
方法二:如图,以点C为坐标原点,以CA,CB分别为x轴和y轴,
过点C作与平面ABC垂直的直线为z轴,建立直角坐标系C-xyz,设EA=a,
则A(2a,0,0),B(0,2a,0),E(2a,0,a).D(0,2a,2a),M(a,a,0).
(I)证明:因为,,
所以,故EM⊥CM.
(II)解:设向量n=(1,y0,z0)与平面CDE垂直,则,,
即,.
因为,,
所以y0=2,x0=-2,
,
直线CM与平面CDE所成的角θ是n与夹角的余角,
所以θ=45°,
因此直线CM与平面CDE所成的角是45°.
解析分析:方法一(I)说明△ACB是等腰三角形即可说明CM⊥AB,然后推出结论.(II)过点M作MH⊥平面CDE,垂足是H,连接CH交延长交ED于点F,连接MF,MD.∠FCM是直线CM和平面CDE所成的角,解三角形即可,方法二建立空间直角坐标系,(I)证明垂直写出相关向量CM和向量EM,求其数量积等于0即可证明CM⊥EM.(II)求CM与平面CDE所成的角,写出向量CM,以及平面的法向量,利用数量积公式即可解答.
点评:本题主要考查空间线面关系、空间向量的概念与运算等基础知识,同时考查空间想象能力和推理运算能力.利用空间直角坐标系解答时,注意计算的准确性.