(本小题满分12分)如图,已知正方形ABCD和矩形ACEF所在平面互相垂直,AB= ,AF=1,M是线段EF的中点。(

作者&投稿:磨彪 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
如图,已知正方形ABCD和矩形ACEF所在的平面互相垂直,AB= ,AF=1,M是线段EF的中点. (Ⅰ)求证AM//平~

(1)对于线面平行的证明,主要是分析借助于中位线来得到AM∥OE(2)60º(3)P是AC的中点 试题分析:解法一: (1)记AC与BD的交点为O,连接OE, ∵O、M分别是AC、EF的中点, ACEF是矩形,∴四边形AOEM是平行四边形,∴AM∥OE.∵ 平面BDE, 平面BDE,∴AM∥平面BDE.……4分(2)在平面AFD中过A作AS⊥DF于S,连结BS,∵AB⊥AF, AB⊥AD, ∴AB⊥平面ADF,∴AS是BS在平面ADF上的射影,由三垂线定理得BS⊥DF.∴∠BSA是二面角A—DF—B的平面角.在RtΔASB中, ∴ ∴二面角A—DF—B的大小为60º.……8分(3)设CP=t(0≤t≤2),作PQ⊥AB于Q,则PQ∥AD,∵PQ⊥AB,PQ⊥AF, ,∴PQ⊥平面ABF, 平面ABF,∴PQ⊥QF.在RtΔPQF中,∠FPQ=60º,PF=2PQ.∵ΔPAQ为等腰直角三角形,∴ 又∵ΔPAF为直角三角形,∴ ,∴ 所以t=1或t=3(舍去),即点P是AC的中点.……12分解法二: (1)建立空间直角坐标系.设 ,连接NE, 则点N、E的坐标分别是( 、(0,0,1),∴ , 又点A、M的坐标分别是 ,( ∴ =( ∴ 且NE与AM不共线,∴NE∥AM.又∵ 平面BDE, 平面BDE,∴AM∥平面BDE.(2)∵AF⊥AB,AB⊥AD,AF ∴AB⊥平面ADF.∴ 为平面DAF的法向量.∵ =( · =0,∴ =( · =0得 , ,∴NE为平面BDF的法向量.∴cos< = ∴AB与NE的夹角是60º.即所求二面角A—DF—B的大小是60º.(3)设P(t,t,0)(0≤t≤ )得 ∴ =(0, , 0)又∵PF和BC所成的角是60º.∴ 解得 或 (舍去),即点P是AC的中点.点评:解决的关键是根据线面平行的判定定理,以及空间的法向量来求解二面角的平面角的大小,属于中档题。

解:(Ⅰ)设AC∩BD=O,连结OE,∵O、M分别是AC、EF的中点,ACEF是矩形,∴四边形AOEM是平行四边形,∴AM∥OE,∵OE 平面BDE, 平面BDE,∴AM∥平面BDE。(Ⅱ)∵BD⊥AC,BD⊥AF,且AC交AF于A, ∴BD⊥平面AE,又因为AM 平面AE,∴BD⊥AM,∴AD= ,AF=1,OA=1,∴AOMF是正方形,∴AM⊥OF,又AM⊥BD,且OF∩BD=O,∴AM⊥平面BDF。(Ⅲ)设AM∩OF=H,过H作HG⊥DF于G,连结AG,由三垂线定理得AG⊥DF, ∴∠AGH是二面角A-DF-B的平面角, , ∴ ,∴∠AGH=60°,∴二面角A-DF-B的大小为60°。

解: (Ⅰ)记AC与BD的交点为O,连接OE,             1分
∵O、M分别是AC、EF的中点,ACEF是矩形,
∴四边形AOEM是平行四边形,                     2分
∴AM∥OE.                                      
∵ 平面BDE, 平面BDE,            4分
∴AM∥平面BDE.                           
(Ⅱ)在平面AFD中过A作AS⊥DF于S,连结BS,
∵AB⊥AF, AB⊥AD,
∴AB⊥平面ADF,                              6分
∴AS是BS在平面ADF上的射影,
由三垂线定理得BS⊥DF.
∴∠BSA是二面角A—DF—B的平面角。           
在RtΔASB中,
∴                    
∴二面角A—DF—B的大小为60º.                8分
(Ⅲ)设CP=t(0≤t≤2),作PQ⊥AB于Q,则PQ∥AD,
∵PQ⊥AB,PQ⊥AF, ,
∴PQ⊥平面ABF,QF 平面ABF,            
∴PQ⊥QF.                                    9分 
在RtΔPQF中,∠FPQ=60º,PF=2PQ.
∵ΔPAQ为等腰直角三角形,
∴                           10分
又∵ΔPAF为直角三角形,
∴ ,
∴                  
所以t=1或t=3(舍去)
即点P是AC的中点.                           12分
方法二( 仿上给分)
(Ⅰ)建立如图所示的空间直角坐标系。

设 ,连接NE,
则点N、E的坐标分别是( 、(0,0,1),

又点A、M的坐标分别是
( )、(

∴NE∥AM.
又∵ 平面BDE, 平面BDE,
∴AM∥平面BDF.
(Ⅱ)∵AF⊥AB,AB⊥AD,AF
∴AB⊥平面ADF.

即所求二面角A—DF—B的大小是60º.
(Ⅲ)设P(t,t,0)(0≤t≤ )得

又∵PF和AD所成的角是60º.

解得 或 (舍去),
即点P是AC的中点.


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