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