在如图所示的几何体中,四边形ABCD为平行四边形,∠ABD=90°,EB⊥平面ABCD,EF∥AB,AB=2,,,且M是BD的中点.
(Ⅰ)求证:EM∥平面ADF;
(Ⅱ)求二面角D-AF-B的大小;
(Ⅲ)在线段EB上是否存在一点P,使得CP与AF所成的角为30°?若存在,求出BP的长度;若不存在,请说明理由.
网友回答
(Ⅰ)证明:取AD的中点N,连接MN,NF.
在△DAB中,M是BD的中点,N是AD的中点,所以,
又因为,
所以MN∥EF且MN=EF.
所以四边形MNFE为平行四边形,
所以EM∥FN.
又因为FN?平面ADF,EM?平面ADF,
故EM∥平面ADF.…(4分)
解法二:因为EB⊥平面ABD,AB⊥BD,故以B为原点,建立如图2所示的空间直角坐标系B-xyz.…(1分)
由已知可得?B(0,0,0),A(0,2,0),D(3,0,0),
(Ⅰ),.…(2分)
设平面ADF的一个法向量是=(x,y,z).
由得
令y=3,则.…(3分)
又因为,
所以,又EM?平面ADF,所以EM∥平面ADF.…(4分)
(Ⅱ)解:由(Ⅰ)可知平面ADF的一个法向量是.
因为EB⊥平面ABD,所以EB⊥BD.
又因为AB⊥BD,所以BD⊥平面EBAF.
故是平面EBAF的一个法向量.
所以,又二面角D-AF-B为锐角,
故二面角D-AF-B的大小为60°.…(10分)
(Ⅲ)解:假设在线段EB上存在一点P,使得CP与AF所成的角为30°.
不妨设P(0,0,t)(),则.
所以,
由题意得,化简得,
解得.
所以在线段EB上不存在点P,使得CP与AF所成的角为30°.…(14分)
解析分析:(Ⅰ)证明EM∥平面ADF,利用线面平行的判定,证明EN平行于平面ADF中两条相交直线即可;也可建立如空间直角坐标系,求出平面ADF的一个法向量,证明;(Ⅱ)平面ADF的一个法向量是,是平面EBAF的一个法向量,利用向量的夹角公式,可求二面角D-AF-B的大小;(Ⅲ)假设在线段EB上存在一点P,使得CP与AF所成的角为30°,不妨设P(0,0,t)(),则,利用向量的夹角公式,求出t的值,即可得到结论.
点评:本题考查线面平行,考查面面角,考查线面角,考查利用空间向量解决立体几何问题,确定平面的法向量,利用向量的夹角公式是关键