如图,在棱长为1的正方体ABCD—A 1 B 1 C 1 D 1 中,点E是棱BC的中点,点F是棱

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  • (Ⅰ)当点F是CD的中点时,D 1E⊥平面AB 1F.(Ⅱ)

    本小题主要考查线面关系和正方体等基础知识,考查空间想象能力和推理运算能力,满分12分.

    解法一:(I)连结A 1B,则A 1B是D 1E在面ABB 1A;内的射影

    ∵AB 1⊥A 1B,∴D 1E⊥AB 1

    于是D 1E⊥平面AB 1F

    D 1E⊥AF.

    连结DE,则DE是D 1E在底面ABCD内的射影.

    ∴D 1E⊥AF

    DE⊥AF.

    ∵ABCD是正方形,E是BC的中点.

    ∴当且仅当F是CD的中点时,DE⊥AF,

    即当点F是CD的中点时,D 1E⊥平面AB 1F.…………6分

    (II)当D 1E⊥平面AB 1F时,由(I)知点F是CD的中点.

    又已知点E是BC的中点,连结EF,则EF∥BD. 连结AC,

    设AC与EF交于点H,则CH⊥EF,连结C 1H,则CH是

    C 1H在底面ABCD内的射影.

    C 1H⊥EF,即∠C 1HC是二面角C 1—EF—C的平面角.

    在Rt△C 1CH中,∵C 1C=1,CH=

    AC=

    ∴tan∠C 1HC=

    .

    ∴∠C 1HC=arctan

    ,从而∠AHC 1=

    .

    故二面角C 1—EF—A的大小为

    .

    解法二:以A为坐标原点,建立如图所示的空间直角坐标系

    (1)设DF= x ,则A(0,0,0),B(1,0,0),D(0,1,0),

    A 1(0,0,1),B(1,0,1),D 1(0,1,1),E

    ,F( x ,1,0)

    (1)当D 1E⊥平面AB 1F时,F是CD的中点,又E是BC的中点,连结EF,则EF∥BD. 连结AC,设AC与EF交于点H,则AH⊥EF. 连结C 1H,则CH是C 1H在底面ABCD内的射影.

    ∴C 1H⊥EF,即∠AHC 1是二面角C 1—EF—A的平面角.