如图:正方形ABCD的两顶点C、D在圆O上,CE是圆O的直径,AE⊥平面CDE,且AE=3,CE=9.

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  • 解题思路:(I)连接DE,过C作CF∥DE,交圆O于F,连接EF,BF.四边形CDEF为圆内接矩形,证出CD∥EF,CD=EF,又ABCD是正方形ABCD可以证出四边形ABEF为平行四边形.得出AE∥BF,由于AE⊥平面CDE,所以BF⊥平面CDE,F为点B在平面CDE上的射影

    (II)过点E作EF⊥AD于点F,作FG∥AB交BC于点G,连接GE,根据二面角平面角的定义可知∠FGE是二面角D-BC-E的平面角,在Rt△EFG中,求出此角的正切值即可.

    (III)利用等体积法V C-BDE=V B-CDE,求解.

    (I)证明:连接DE,过C作CF∥DE,交圆O于F,连接EF,BF.

    则四边形CDEF为圆内接矩形.

    ∴CD∥EF,CD=EF,又ABCD是正方形ABCD,

    ∴CD∥AB,

    ∴EF∥AB,EF=AB,

    ∴四边形ABEF为平行四边形.∴AE∥BF

    ∵AE⊥平面CDE,

    ∴BF⊥平面CDE,F为点B在平面CDE上的射影,点F在圆O上

    (II)CD⊥平面ADE,DE⊂平面ADE,

    ∴CD⊥DE.

    ∴CE为圆O的直径,即CE=9.

    设正方形ABCD的边长为a,

    在Rt△CDE中,DE2=CE2-CD2=81-a2

    在Rt△ADE中,DE2=AD2-AE2=a2-9,

    由81-a2=a2-9,解得,a=3

    5.

    ∴DE=

    AD2-AE2=6.

    过点E作EF⊥AD于点F,作FG∥AB交BC于点G,连接GE,

    由于AB⊥平面ADE,EF⊂平面ADE,

    ∴EF⊥AB.

    ∵AD∩AB=A,

    ∴EF⊥平面ABCD.

    ∵BC⊂平面ABCD,

    ∴BC⊥EF.

    ∵BC⊥FG,EF∩FG=F,

    ∴BC⊥平面EFG.

    ∵EG⊂平面EFG,

    ∴BC⊥EG.

    ∴∠FGE是二面角D-BC-E的平面角.

    在Rt△ADE中,AD=3

    5,AE=3,DE=6,

    ∵AD•EF=AE•DE,

    ∴EF=

    AE•DE

    AD=

    3×6

    3

    5=

    6

    5

    5.

    在Rt△EFG中,FG=AB=3

    5,

    ∴tan∠EGF=

    EF

    FG=

    2

    5.

    故二面角D-BC-E的平面角的正切值为[2/5].

    (III)

    在RT△BEF中,BE=

    EF2+BF2=

    点评:

    本题考点: 与二面角有关的立体几何综合题;平面的基本性质及推论;点、线、面间的距离计算.

    考点点评: 本题考查直线和平面位置关系,二面角求解,点面距离.考查空间想象能力、推理、计算能力.