如图,已知ABCD-A1B1C1D1是棱长为3的正方体,点E在AA1上,点F在CC1上,且AE=FC1=1.

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  • 解题思路:(1)四点共面问题通常我们将它们变成两条直线,然后证明这两条直线平行或相交,根据公理3的推论2、3可知,它们共面.

    (2)在正方体中,易知AB⊥面BCC1B1,所以欲证EM⊥面BCC1B1,可以先证AB∥EM;或者也可以从平面ABB1A1⊥平面BCC1B1入手去证明,那么我们一开始就需要算出BM的长度.

    (3)由第二问的证明可知,利用三垂线定理,∠MHE就是截面EBFD1和面BCC1B1所成锐二面角的平面角.

    (1)证明:在DD1上取一点N使得DN=1,

    连接CN,EN,显然四边形CFD1N是平行四边形,所以D1F∥CN,

    同理四边形DNEA是平行四边形,所以EN∥AD,且EN=AD,又

    BC∥AD,且AD=BC,所以EN∥BC,EN=BC,所以四边形CNEB是平行四边形,所以

    CN∥BE,所以D1F∥BE,所以E,B,F,D1四点共面;

    (2)因为GM⊥BF所以△BCF∽△MBG,

    所以[MB/BC=

    BG

    CF],即[MB/3=

    2

    3

    2],所以MB=1,因为AE=1,

    所以四边形ABME是矩形,所以EM⊥BB1又平面ABB1A1⊥平面BCC1B1

    ,且EM在平面ABB1A1内,所以EM⊥面BCC1B1

    (3)EM⊥面BCC1B1,所以EM⊥BF,EM⊥MH,GM⊥BF,

    所以∠MHE就是截面EBFD1和面BCC1B1所成锐二面角的平面角,

    ∠EMH=90°,所以tanθ=

    ME

    MH,ME=AB=3,△BCF∽△MHB,

    所以3:MH=BF:1,BF=

    22+32=

    13,

    所以MH=

    3

    13,所以tanθ=

    ME

    MH=

    13.

    点评:

    本题考点: 平面的基本性质及推论;直线与平面垂直的判定;与二面角有关的立体几何综合题.

    考点点评: (1)主要考查了平面的基本性质及推论.

    (2)主要考查了直线和平面垂直的判定,方法主要是通过线与线垂直、面与面垂直进行转化.

    (3)主要考查了三垂线定理的应用,三垂线定理是寻找二面角的平面角的很好的方法.