(2014•南昌模拟)如图,ABCD是边长为3的正方形,DE⊥平面ABCD,AF∥DE,DE=3AF,BE与平面ABCD

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  • 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

    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).

    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.