在等腰梯形ABCD中,E、F分别是CD、AB中点,CD=2,AB=4,AD=BC=.沿EF将梯形AFED折起,使得∠AFB=60°,如图.
(Ⅰ)若G为FB的中点,求证:AG⊥平面BCEF;
(Ⅱ)求二面角C-AB-F的正切值.
网友回答
解:(Ⅰ)因为AF=BF,∠AFB=60°,△AFB为等边三角形.
又G为FB的中点,所以AG⊥FB.(2分)
在等腰梯形ABCD中,因为E、F分别是CD、AB的中点,
所以EF⊥AB.于是EF⊥AF,EF⊥BF,则EF⊥平面ABF,
所以AG⊥EF.(4分)
又EF与FB交于一点F,所以AG⊥平面BCEF.(5分)
(Ⅱ)解法一:连接CG,因为在等腰梯形ABCD中,
CD=2,AB=4,E、F分别是CD、AB中点,
所以EC=FG=BG=1,从而CG∥EF.
因为EF⊥面ABF,所以CG⊥面ABF.(7分)
过点G作GH⊥AB于H,连接CH,据三垂线定理有CH⊥AB,
所以∠CHG为二面角C-AB-F的平面角.(9分)
因为Rt△BHG中,BG=1,∠GBH=60°,所以GH=.(10分)
在Rt△CGB中,CG⊥BG,BG=1,BC=,所以CG=1.(11分)
在Rt△CGH中,tan∠CHG==,故二面角C-AB-F的正切值为.(12分)
解法二:如图所示建立空间直角坐标系,由已知可得,
点B(2,0,0),A(1,0,),C(1,1,0).(7分)
因为EF⊥平面ABF,所以=(0,1,0)为
平面ABF的一个法向量.(8分)
设=(x,y,z)为平面ABCD的法向量,
因为,,
由,,得,即.
令,则,z=1,所以=(,,1).(10分)
所以cos<,>==.(11分)
从而tan<,>=,故二面角C-AB-F的正切值为.(12分)
解析分析:(I)由已知AF=BF,∠AFB=60°,G为FB的中点,可得AG⊥FB①再由E、F分别是CD、AB的中点,可得EF⊥AB,于是EF⊥AF,EF⊥BF,则EF⊥平面ABF,进而可得AG⊥EF②,结合①②根据直线与平面垂直的判定定理可证AG⊥平面BCEF(II)(法一:三垂线法)利用梯形的知识可得CG∥EF,由已知易证EF⊥面ABF,从而可得CG⊥面ABF,考虑利用三垂线法,过点G作GH⊥AB于H,连接CH,据三垂线定理可得∠CHG为二面角C-AB-F的平面角.在Rt△BHG中求解∠CHG(法二:空间向量法)结合题中的条件,可考虑分别以FB、FE为x、y、轴,以过F且垂直于面FBCE的直线为Z轴,建立空间直角坐标系,借助于坐标系找出平面ABCD的一个法向量,平面ABF的一个法向量,代入公式可求
点评:本小题主要考查空间线面关系中的垂直关系:线面垂直的判定的运用、二面角的度量:二面角的平面角的作法①三垂线法,②利用空间向量转化为求两向量的夹角,要求考生具备一定的空间想象能力、推理论证能力和运算求解能力.