Question

如圖，已知AB⊥平面ACD，DE∥AB，△ACD是正三角形，AD=DE=2AB，且F是CD的中點(diǎn)．
（1）求證：AF∥平面BCE；
（2）求證：平面BCE⊥平面CDE；
（3）求平面BCE與平面ACD所成銳二面角的大小．

Answer 1

【答案】分析：（1）取CE中點(diǎn)P，連接FP、BP，根據(jù)中位線定理可知FP∥DE，且FP=，而AB∥DE，且AB=則ABPF為平行四邊形，則AF∥BP，AF?平面BCE，BP?平面BCE，滿足線面平行的判定定理，從而證得結(jié)論；
（2）根據(jù)AB⊥平面ACD，DE∥AB，則DE⊥平面ACD，又AF?平面ACD，根據(jù)線面垂直的性質(zhì)可知DE⊥AF．又AF⊥CD，CD∩DE=D，滿足線面垂直的判定定理，證得AF⊥平面CDE，又BP∥AF，則BP⊥平面CDE，BP?平面BCE，根據(jù)面面垂直的判定定理可證得結(jié)論；
（3）由（2），以F為坐標(biāo)原點(diǎn)，F(xiàn)A，F(xiàn)D，F(xiàn)P所在的直線分別為x，y，z軸建立空間直角坐標(biāo)系F-xyz．設(shè)AC=2，根據(jù)線面垂直求出平面BCE的法向量n，而m=（0，0，1）為平面ACD的法向量，設(shè)平面BCE與平面ACD所成銳二面角為α，根據(jù)可求出所求．
解答：（1）證：取CE中點(diǎn)P，連接FP、BP，
∵F為CD的中點(diǎn)，∴FP∥DE，且FP=．
又AB∥DE，且AB=．∴AB∥FP，且AB=FP，
∴ABPF為平行四邊形，∴AF∥BP．…（2分）
又∵AF?平面BCE，BP?平面BCE，
∴AF∥平面BCE． …（4分）
（2）∵△ACD為正三角形，∴AF⊥CD．
∵AB⊥平面ACD，DE∥AB，
∴DE⊥平面ACD，又AF?平面ACD，
∴DE⊥AF．又AF⊥CD，CD∩DE=D，
∴AF⊥平面CDE． …（6分）
又BP∥AF，∴BP⊥平面CDE．又∵BP?平面BCE，
∴平面BCE⊥平面CDE． …（8分）
（3）由（2），以F為坐標(biāo)原點(diǎn)，F(xiàn)A，F(xiàn)D，F(xiàn)P所在的直線分別為x，y，z軸（如圖），
建立空間直角坐標(biāo)系F-xyz．設(shè)AC=2，
則C（0，-1，0），．…（9分）
設(shè)n=（x，y，z）為平面BCE的法向量，
則令z=1，則n=（0，-1，1）．…（10分）
顯然，m=（0，0，1）為平面ACD的法向量．
設(shè)平面BCE與平面ACD所成銳二面角為α，則．
α=45°，即平面BCE與平面ACD所成銳二面角為45°．…（12分）
點(diǎn)評(píng)：本題主要考查了線面平行的判定，以及面面垂直的判定和利用空間向量定理二面角的平面角，同時(shí)考查了空間想象能力和推理論證的能力，屬于中檔題．