解答题已知直四棱柱ABCD-A′B′C′D′,四边形ABCD为正方形,AA′=2AB=

发布时间:2020-07-09 08:17:26

解答题已知直四棱柱ABCD-A′B′C′D′,四边形ABCD为正方形,AA′=2AB=2,E为棱CC′的中点.
(Ⅰ)求证:A′E⊥平面BDE;
(Ⅱ)设F为AD中点,G为棱BB′上一点,且,求证:FG∥平面BDE;
(Ⅲ)在(Ⅱ)的条件下求二面角G-DE-B的余弦值.

网友回答

证明:(Ⅰ)∵四棱柱 为直四棱柱,∴BD⊥AC,BD⊥AA',AC∩AA'=A,∴BD⊥面ACEA'.
∵A'E?面ACEA',∴BD⊥A'E.∵,,,∴A'B2=BE2+A'E2.∴A'E⊥BE.又∵BD∩BE=B,∴A'E⊥面BDE.(4分)
解:(Ⅱ)以D 为原点,DA 为x 轴,DC 为y 轴,DD'为z 轴,建立空间直角坐标系.
∴A'(1,0,2),E(0,1,1),,.
∵由(Ⅰ)知: 为面BDE 的法向量,,(6分)∵.∴.
又∵FG?面BDE,∴FG∥面BDE.(8分)
解:(Ⅲ) 设平面DEG 的法向量为,则 ,.
∵,即y+z=0.,即.
令x=1,解得:y=-2,z=2,∴.(12分)∴.
∴二面角G-DE-B 的余弦值为.(14分)解析分析:(I)由直四棱柱的结构特征,且底面四边形ABCD为正方形,我们可得BD⊥AC,BD⊥AA',我们结合线面垂直的判定定理可得BD⊥面ACEA',进而BD⊥A'E,再由AA′=2AB=2,由勾股定理可得A'E⊥BE,再由线面垂直的判定定理,即可得到A′E⊥平面BDE;(Ⅱ)以D 为原点,DA 为x 轴,DC 为y 轴,DD'为z 轴,建立空间直角坐标系,分别求出直线FG的方向向量及平面BDE的法向量,根据两个向量的数量积为0,得到两个向量垂直,进而得到FG∥平面BDE;(Ⅲ)结合(II)中结合,再由出平面GDE的法向量,代入向量夹角公式,即可求出二面角G-DE-B的余弦值.点评:本题考查的知识点是二面角的平面角及求示,直线与平面平行的判定,直线与平面垂直的判定,其中(I)的关键是熟练掌握直线与平面垂直的判定及性质定理,(II),(III)的关键是建立空间坐标系,将空间中直线与平面位置关系转化为向量夹角问题.
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