Question

如圖，平面ABEF⊥平面ABCD，四邊形ABEF與ABCD都是直角梯形，∠BAD=∠FAB=90°，BC，BE，G，H分別為FA，F(xiàn)D的中點(diǎn)
（Ⅰ）證明：四邊形BCHG是平行四邊形；
（Ⅱ）C，D，F(xiàn)，E四點(diǎn)是否共面？為什么？
（Ⅲ）設(shè)AB=BE，證明：平面ADE⊥平面CDE．

Answer 1

【答案】分析：解法1：（Ⅰ）直接證明GHBC推出四邊形BCHG是平行四邊形．
（Ⅱ）C，D，F(xiàn)，E四點(diǎn)共面．推出EF∥CH，就是EC，F(xiàn)H共面．又點(diǎn)D在直線(xiàn)FH上所以C，D，F(xiàn)，E四點(diǎn)共面．
（Ⅲ）連接EC，證明BG⊥EA．BG⊥ED，ED∩EA=E，推出BG⊥平面ADE，然后證明平面ADE⊥平面CDE．
解法2：由平面ABEF⊥平面ABCD，AF⊥AB，得AF⊥平面ABCD，以A為坐標(biāo)原點(diǎn)，射線(xiàn)AB為x軸正半軸，建立如圖所示的直角坐標(biāo)系A(chǔ)-xyz
（Ⅰ）通過(guò)，又點(diǎn)G不在直線(xiàn)BC上，說(shuō)明四邊形BCHG是平行四邊形．
（Ⅱ）C，D，F(xiàn)，E四點(diǎn)共面．利用，又C∉EF，H∈FD，證明C，D，E，F(xiàn)四點(diǎn)共面．
（Ⅲ）通過(guò)，即CH⊥AE，CH⊥AD，說(shuō)明平面ADE⊥平面CDE
解答：解法1：（Ⅰ）由題意知，F(xiàn)G=GA，F(xiàn)H=HD
所以GH
又BC，故GHBC
所以四邊形BCHG是平行四邊形．

（Ⅱ）C，D，F(xiàn)，E四點(diǎn)共面．理由如下：
由BE，G是FA的中點(diǎn)知，BEGF，所以EF∥BG
由（Ⅰ）知BG∥CH，所以EF∥CH，故EC，F(xiàn)H共面．又點(diǎn)D在直線(xiàn)FH上
所以C，D，F(xiàn)，E四點(diǎn)共面．
（Ⅲ）連接EG，由AB=BE，BEAG及∠BAG=90°知ABEG是正方形
故BG⊥EA．由題設(shè)知FA，F(xiàn)D，AB兩兩垂直，故AD⊥平面FABE，
因此EA是ED在平面FABE內(nèi)的射影，根據(jù)三垂線(xiàn)定理，BG⊥ED
又ED∩EA=E，所以BG⊥平面ADE
由（Ⅰ）知CH∥BG，所以CH⊥平面ADE．
由（Ⅱ）知F∈平面CDE，故CH?平面CDE，得平面ADE⊥平面CDE

解法2：由平面ABEF⊥平面ABCD，AF⊥AB，得AF⊥平面ABCD，
以A為坐標(biāo)原點(diǎn)，射線(xiàn)AB為x軸正半軸，建立如圖所示的直角坐標(biāo)系A(chǔ)-xyz
（Ⅰ）設(shè)AB=a，BC=b，BE=c，則由題設(shè)得A（0，0，0），B（a，0，0），C（a，b，0），D（0，2b，0），E（a，0，c），G（0，0，c），H（0，b，c）
所以
于是
又點(diǎn)G不在直線(xiàn)BC上
所以四邊形BCHG是平行四邊形．
（Ⅱ）C，D，F(xiàn)，E四點(diǎn)共面．理由如下：
由題設(shè)知F（0，0，2c），所以
又C∉EF，H∈FD，故C，D，E，F(xiàn)四點(diǎn)共面．
（Ⅲ）由AB=BE得，所以
又，因此
即CH⊥AE，CH⊥AD
又AD∩AE=A，所以CH⊥平面ADE
故由CH?平面CDFE，得平面ADE⊥平面CDE
點(diǎn)評(píng)：此題重點(diǎn)考查立體幾何中直線(xiàn)與直線(xiàn)的位置關(guān)系，四點(diǎn)共面問(wèn)題，面面垂直問(wèn)題，考查了空間想象能力，幾何邏輯推理能力，以及計(jì)算能力；熟悉幾何公理化體系，準(zhǔn)確推理，注意邏輯性是順利進(jìn)行解法1的關(guān)鍵；在解法2中，準(zhǔn)確的建系，確定點(diǎn)坐標(biāo)，熟悉向量的坐標(biāo)表示，熟悉空間向量的計(jì)算在幾何位置的證明，在有關(guān)線(xiàn)段，角的計(jì)算中的計(jì)算方法是解題的關(guān)鍵．