已知正方体ABCD-A1B1C1D1中,E为棱CC1的动点.
(1)当E恰为棱CC1的中点时,试证明:平面A1BD⊥平面EBD;
(2)在棱CC1上是否存在一个点E,可以使二面角A1-BD-E的大小为45°?如果存在,试确定点E在棱CC1上的位置;如果不存在,请说明理由.
网友回答
(1)证明:连接AC,BD,设AC∩BD=O,连接A1O,OE,
在等边△A1BD中,BD⊥A1O,
∵BD⊥A1E,A1O?平面A1OE,A1O∩A1E=A1,
∴BD⊥平面A1OE,
于是BD⊥OE,
∴∠A1OE是二面角A1-BD-E的平面角,
在正方体ABCD-A1B1C1D1中,设棱长为2a,
∵E是棱CC1的中点,
∴由平面几何知识,得,,A1E=3a,
满足,
∴∠A1OE=90°,即平面A1BD⊥平面EBD.
(2)解:在正方体ABCD-A1B1C1D1中,
假设棱CC1上存在点E,可以使二面角A1-BD-E的大小为45°,
由(1)知,∠A1OE=45°,
设正方体ABCD-A1B1C1D1的棱长为2a,EC=x,
由平面几何知识,得EO=,,,
∴在△A1OE中,由,
得x2-8ax-2a2=0,
解得,
∵,
∴棱OC1上不存在满足条件的点.
解析分析:(1)连接AC,BD,设AC∩BD=O,连接A1O,OE,在等边△A1BD中,BD⊥A1O,由BD⊥A1E,A1O?平面A1OE,A1O∩A1E=A1,知∠A1OE是二面角A1-BD-E的平面角,由此能够证明平面A1BD⊥平面EBD.(2)在正方体ABCD-A1B1C1D1中,假设棱CC1上存在点E,可以使二面角A1-BD-E的大小为45°,由∠A1OE=45°设正方体ABCD-A1B1C1D1的棱长为2a,EC=x,由平面几何知识,得EO=,,,由此能推导出棱OC1上不存在满足条件的点.
点评:本题考查平面与平面垂直的证明,考查棱CC1上是否存在一个点E,可以使二面角A1-BD-E的大小为45°.考查运算求解能力,推理论证能力;考查化归与转化思想.综合性强,难度大,有一定的探索性,对数学思维能力要求较高,是高考的重点.解题时要认真审题,仔细解答.