多面体中,EF⊥平面AE⊥EB,AD∥EF∥BC,BC=2AD=4,AE=EB=2,G是BC中点

1个回答

  • 分析:解法1

    (1)证明BD⊥EG,只需证明EG⊥平面BHD,证明DH⊥EG,BH⊥EG即可;

    (2)先证明∠GMH是二面角G-DE-F的平面角,再在△GMH中,利用余弦定理,可求平面DEG与平面DEF所成锐二面角的余弦值;

    解法2

    (1)证明EB,EF,EA两两垂直,以点E为坐标原点,EB,EF,EA分别为x,y,z轴,建立空间直角坐标系用坐标表示点与向量,证明

    BD

    EG

    =0,可得BD⊥EG;

    (2)由已知得

    EB

    =(2,0,0)是平面DEF的法向量,求出平面DEG的法向量

    n

    =(1,−1,1),利用向量的夹角公式,可求平面DEG与平面DEF所成锐二面角的余弦值.

    解法1

    (1)证明:∵EF⊥平面AEB,AE⊂平面AEB,∴EF⊥AE,

    又AE⊥EB,EB∩EF=E,EB,EF⊂平面BCFE,

    ∴AE⊥平面BCFE.…(2分)

    过D作DH∥AE交EF于H,则DH⊥平面BCFE.

    ∵EG⊂平面BCFE,

    ∴DH⊥EG.…(4分)

    ∵AD∥EF,DH∥AE,∴四边形AEHD平行四边形,

    ∴EH=AD=2,

    ∴EH=BG=2,EH∥BG,EH⊥BE,

    ∴四边形BGHE为正方形,

    ∴BH⊥EG,…(6分)

    又BH∩DH=H,BH⊂平面BHD,DH⊂平面BHD,

    ∴EG⊥平面BHD.…(7分)

    ∵BD⊂平面BHD,

    ∴BD⊥EG.…(8分)

    (2)∵AE⊥平面BCFE,AE⊂平面AEFD,∴平面AEFD⊥平面BCFE

    由(1)可知GH⊥EF,∴GH⊥平面AEFD

    ∵DE⊂平面AEFD,∴GH⊥DE…(9分)

    取DE的中点M,连接MH,MG

    ∵四边形AEHD是正方形,∴MH⊥DE

    ∵MH∩GH=H,MH⊂平面GHM,GH⊂平面GHM,∴DE⊥平面GHM,∴DE⊥MG

    ∴∠GMH是二面角G-DE-F的平面角,…(12分)

    在△GMH中,GH=2,MH=

    2

    ,MG=

    6

    ,∴cos∠GMH=

    26

    33

    …(13分)

    ∴平面DEG与平面DEF所成锐二面角的余弦值为

    33

    .…(14分)

    解法2

    (1)证明:∵EF⊥平面AEB,AE⊂平面AEB,BE⊂平面AEB,∴EF⊥AE,EF⊥BE,

    又AE⊥EB,∴EB,EF,EA两两垂直.…(2分)

    以点E为坐标原点,EB,EF,EA分别为x,y,z轴,建立如图所示的空间直角坐标系.

    由已知得,A(0,0,2),B(2,0,0),C(2,4,0),F(0,3,0),D(0,2,2),G(2,2,0).…(4分)

    EG

    =(2,2,0),

    BD

    =(−2,2,2),…(6分)

    BD

    EG

    =−2×2+2×2=0,…(7分)

    ∴BD⊥EG.…(8分)

    (2)由已知得

    EB

    =(2,0,0)是平面DEF的法向量.…(9分)

    设平面DEG的法向量为

    n

    =(x,y,z),

    ED

    =(0,2,2),

    EG

    =(2,2,0),

    ED•n=0EG•n=0

    ,即

    y+z=0x+y=0

    ,令x=1,得

    n

    =(1,−1,1).…(12分)

    设平面DEG与平面DEF所成锐二面角的大小为θ,

    则cosθ=|cos<

    n

    ,

    EB

    >|=

    |n•EB||n|•|EB|

    223

    33

    …(13分)

    ∴平面DEG与平面DEF所成锐二面角的余弦值为

    33

    .…(14分