精英家教網(wǎng)已知正方形ABCD.E、F分別是AB、CD的中點(diǎn),將△ADE沿DE折起,如圖所示,記二面角A-DE-C的大小為θ(0<θ<π).
(Ⅰ)證明BF∥平面ADE;
(Ⅱ)若△ACD為正三角形,試判斷點(diǎn)A在平面BCDE內(nèi)的射影G是否在直線EF上,證明你的結(jié)論,并求角θ的余弦值.
分析:(1)根據(jù)直線與平面平行的判定定理可知,只要在平面ADE內(nèi)找到與直線BF平行的直線就可以了,易證四邊形EBFD為平行四邊形;
(2)判斷點(diǎn)A在平面BCDE內(nèi)的射影G是否在直線EF上,可以從兩種角度去思考:
方法一:過點(diǎn)A作AG垂直于平面BCDE,垂足為G,然后證明射影G在直線EF上.
方法二:連接AF,在平面AEF內(nèi)過點(diǎn)作AG′⊥EF,垂足為G′.然后再證明AG′⊥平面BCDE,即G′為A在平面BCDE內(nèi)的射影G.
二面角的度量關(guān)鍵在于找出它的平面角,構(gòu)造平面角常用的方法就是三垂線法.由前面“判斷點(diǎn)A在平面BCDE內(nèi)的射影G是否在直線EF上”可知:AG⊥平面BCDE,所以過G作GH垂直于ED于H,連接AH,則AH⊥DE,所以∠AHG為二面角A-DE-C的平面角.即∠AHG=θ
解答:解:(Ⅰ)證明:EF分別為正方形ABCD得邊AB、CD的中點(diǎn),
∵EB∥FD,且EB=FD,
∴四邊形EBFD為平行四邊形.
∴BF∥ED
∵EF?平面AED,而BF?平面AED
∴BF∥平面ADE.

(Ⅱ)解法1:精英家教網(wǎng)
如右圖,點(diǎn)A在平面BCDE內(nèi)的射影G在直線EF上,
過點(diǎn)A作AG垂直于平面BCDE,垂足為G,連接GC,GD.
∵△ACD為正三角形,
∴AC=AD
∴CG=GD
∵G在CD的垂直平分線上,
∴點(diǎn)A在平面BCDE內(nèi)的射影G在直線EF上,
過G作GH垂直于ED于H,連接AH,則AH⊥DE,
所以∠AHG為二面角A-DE-C的平面角.即∠AHG=θ
設(shè)原正方體的邊長為2a,連接AF
在折后圖的△AEF中,AF=
3
a,EF=2AE=2a,
即△AEF為直角三角形,AG•EF=AE•AF
∴AG=
3
2
a

在Rt△ADE中,AH•DE=AE•AD
∴AH=
2
5
a

∴GH=
a
2
5

cosθ=
GH
AH
=
1
4


解法2:點(diǎn)A在平面BCDE內(nèi)的射影G在直線EF上
連接AF,在平面AEF內(nèi)過點(diǎn)作AG′⊥EF,垂足為G′.
∵△ACD為正三角形,F(xiàn)為CD的中點(diǎn),
∴AF⊥CD
又因EF⊥CD,
所以CD⊥平面AEF
∴CD?平面BCDE
∴平面AEF⊥平面BCDE
又∵平面AEF∩平面BCDE=EF,AG′⊥EF
∴AG′⊥平面BCDE
∴G′為A在平面BCDE內(nèi)的射影G.
即點(diǎn)A在平面BCDE內(nèi)的射影在直線EF上
過G作GH垂直于ED于H,連接AH,則AH⊥DE,
所以∠AHG為二面角A-DE-C的平面角.即∠AHG=θ
設(shè)原正方體的邊長為2a,連接AF
在折后圖的△AEF中,AF=
3
a,EF=2AE=2a,
即△AEF為直角三角形,AG•EF=AE•AF
∴AG=
3
2
a

在Rt△ADE中,AH•DE=AE•AD
∴AH=
2
5
a

∴GH=
a
2
5

cosθ=
GH
AH
=
1
4
點(diǎn)評(píng):本小題考查空間中的線面關(guān)系,解三角形等基礎(chǔ)知識(shí)考查空間想象能力和思維能力.
練習(xí)冊(cè)系列答案
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已知正方形ABCD的邊長為2,點(diǎn)P為對(duì)角線AC上一點(diǎn),則(
.
AP
+
.
BD
)•(
.
PB
+
.
PD
)的最大值為
 

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科目:高中數(shù)學(xué) 來源: 題型:

已知正方形ABCD邊長為1,則|
AB
+
BC
+
AC
|
=(  )
A、0
B、2
C、
2
D、2
2

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科目:高中數(shù)學(xué) 來源: 題型:

已知正方形ABCD的邊長為1,分別取邊BC、CD的中點(diǎn)E、F,連接AE、EF、AF,以AE、EF、FA為折痕,折疊使點(diǎn)B、C、D重合于一點(diǎn)P.
(1)求證:AP⊥EF;
(2)求證:平面APE⊥平面APF;
(3)求異面直線PA和EF的距離.

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科目:高中數(shù)學(xué) 來源: 題型:

(2008•虹口區(qū)二模)(理)已知正方形ABCD的邊長為1,PD⊥平面ABCD,PD=3,
(1)若E是棱PB上一點(diǎn),過點(diǎn)A、D、E的平面交棱PC于F,求證:BC∥EF;
(2)求二面角A-PB-D的大。

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