解题思路:(I)由已知中DE⊥平面ABCD,ABCD是边长为3的正方形,我们可得DE⊥AC,AC⊥BD,结合线面垂直的判定定理可得AC⊥平面BDE;
(Ⅱ)以D为坐标原点,DA,DC,DE方向为x,y,z轴正方向,建立空间直角坐标系,分别求出平面BEF和平面BDE的法向量,代入向量夹角公式,即可求出二面角F-BE-D的余弦值;
(Ⅲ)由已知中M是线段BD上一个动点,设M(t,t,0).根据AM∥平面BEF,则直线AM的方向向量与平面BEF法向量垂直,数量积为0,构造关于t的方程,解方程,即可确定M点的位置.
证明:(Ⅰ)因为DE⊥平面ABCD,所以DE⊥AC.
因为ABCD是正方形,所以AC⊥BD,
从而AC⊥平面BDE.…(4分)
(Ⅱ)因为DA,DC,DE两两垂直,所以建立空间直角坐标系D-xyz如图所示.
因为BE与平面ABCD所成角为600,即∠DBE=60°,
所以
ED
DB=
3.
由AD=3,可知DE=3
6,AF=
6.
则A(3,0,0),F(3,0,
6),E(0,0,3
6),B(3,3,0),C(0,3,0),
所以
BF=(0,−3,
6),
EF=(3,0,−2
6).
设平面BEF的法向量为n=(x,y,z),则
n•
BF=0
n•
EF=0,即
−3y+
6z=0
3x−2
6z=0.
令z=
6,则n=(4,2,
6).
因为AC⊥平面BDE,所以
CA为平面BDE的法向量,
CA=(3,−3,0).
所以cos〈n,
CA>=
n•
CA
|n||
CA|=
6
3
2×
26=
13
13.
因为二面角为锐角,所以二面角F-BE-D的余弦值为
13
13.…(8分)
(Ⅲ)点M是线段BD上一个动点,设M(t,t,0).
则
AM=(t−3,t,0).
因为AM∥平面BEF,
所以
AM•n=0,即4(t-3)+2t=0,解得t=2.
此时,点M坐标为(2,2,0),
即当BM=
1
3BD时,AM∥平面BEF.…(12分)
点评:
本题考点: 用空间向量求平面间的夹角;空间中直线与平面之间的位置关系;向量方法证明线、面的位置关系定理.
考点点评: 本题考查的知识点是用空间向量求平面间的夹角,空间中直线与平面垂直的判定,向量法确定直线与平面的位置关系,其中(I)的关键是证得DE⊥AC,AC⊥BD,熟练掌握线面垂直的判定定理,(II)的关键是建立空间坐标系,求出两个半平面的法向量,将二面角问题转化为向量夹角问题,(III)的关键是根据AM∥平面BEF,则直线AM的方向向量与平面BEF法向量垂直,数量积为0,构造关于t的方程.