(理科)已知如图,四边形ABCD是矩形,PA⊥面ABCD,其中AB=3,PA=4.若在PD上存在一点E,使得BE⊥CE.

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  • 解题思路:(Ⅰ)过点E作AD的垂线,垂足为F,连结BF,过点F作AB的平行线,交BC于G,连结EG,令EF=x,AD=a,利用勾股定理、根的判别式等知识点能线段AD长度的取值范围.(Ⅱ)当a=43时,方程4x2-12x+9=0有且仅有一个实根,由此能推导出存在唯一的点E.并能求出二面角E-BC-A的正切值.

    (理科)(Ⅰ)如图,过点E作AD的垂线,垂足为F,连结BF,

    过点F作AB的平行线,交BC于G,连结EG,

    令EF=x,AD=a,

    ∵PA⊥面ABCD,∴EF∥PA,

    ∴DF=

    EF

    PA•AD=

    ax

    4,AF=(1−

    x

    4)a,

    ∴BE2=BF2+EF2=AB2+AF2+EF2=9+(1−

    x

    4)2a2+x2.

    ∵BE⊥CE,∴BC2=BE2+CE2

    ∵BC=a,CE2=EF2+FC2=EF2+FD2+CD2=x2+

    1

    16a2x2+9,

    ∴a2=18+(1+

    x2

    8−

    x

    2)a2+2x2,

    (

    a2

    8+2)x2−

    a2

    2x+18=0①.

    由△≥0,得a4-36a2-576≥0,解得a≥4

    3.

    ∴线段AD长度的取值范围是[4

    3,+∞).…(5分)

    (Ⅱ)由(Ⅰ)知,当a=4

    3时,

    方程①即4x2-12x+9=0,△=0.

    方程①有且仅有一个实根,

    ∴存在唯一的点E.

    ∵EF⊥面ABCD,BC⊥FG,BC⊥EG,

    ∴∠EGF是二面角E-BC-F的平面角,

    tan∠EGF=

    EF

    GF=

    3

    2

    3=

    1

    2.

    ∴二面角E-BC-A的正切值为[1/2].…(10分)

    点评:

    本题考点: 与二面角有关的立体几何综合题.

    考点点评: 本题考查线段长度取值范围的求法,考查二面角的正切值的求法,解题时要认真审题,注意合理地化空间问题为平面问题.