(2011•浙江模擬)如圖,幾何體ABCDEF,△ABC為直角三角形,且∠ABC=90°,AD、BE、CF均與面ABC垂直,其中AB=BC=
2
,BE=CF=3.
(Ⅰ)當(dāng)O是CE中點(diǎn)且AD=
3
2
時,證明:AO∥平面DEF;
(Ⅱ)如果AD<3,試求:當(dāng)AD為多少時,平面DBC與平面DEF成直二面角?
分析:(I)取線段EF的中點(diǎn)G,連接OG、DG,由三角形中位定理易證OG∥AD,OG=AD,進(jìn)而四邊形AOGD為平行四邊形,進(jìn)而AO∥GD由線面垂直的判定定理可得AO∥平面DEF;
(Ⅱ)方法一:由面面垂直的性質(zhì)可得∠BDE即為二面角的平面角,設(shè)AD=x,DM=3-x,由直角三角形可得:x2+2+(3-x)2+2=9,解方程確定D的位置可得答案;
方法二:(向量法)以B為原點(diǎn),分別以BC、BA、BE所在的直線為x,y,z軸建立空間直角坐標(biāo)系,求出平面DBC的法向量和平面DEF的法向量,進(jìn)而根據(jù)兩平面垂直,其法向量也垂直得到z2-3z+2=0,解方程確定D的位置可得答案;
解答:證明:(I)取線段EF的中點(diǎn)G,連接OG、DG
∵O、G分別為CE和EF的中點(diǎn)
∵OG∥CF
∴OG∥AD…(2分)
又,OG=
1
2
CF=
3
2
=AD

所以,四邊形AOGD為平行四邊形…(4分)
∴AO∥GD又AO?平面DEF,GD?平面DEF
所以,AO∥平面DEF…(7分)
解:(II)方法一:
平面BCD⊥平面ABDE
平面DEF⊥平面ABDE
∠BDE即為二面角的平面角…(10分)
平面DBC與平面DEF成直二面角,即∠BDE=90°
設(shè)AD=x,DM=3-x,由直角三角形可得:x2+2+(3-x)2+2=9…(12分)
解得:x1=1,x2=2
所以當(dāng)AD=1或AD=2時,
平面DBC與平面DEF成直二面角…(14分)
方法二:向量法
以B為原點(diǎn),分別以BC、BA、BE所在的直線為x,y,z軸建立空間直角坐標(biāo)系
則B(0,0,0),C(
2
,0,0)
A(0,
2
,0)
,E(0,0,3),F(
2
,0,3)
…(8分)
設(shè)D(0,
2
,z)

平面DBC的法向量為
n
1
=(0,1,-
2
z
)
…(9分)
平面DEF的法向量為
n
2
=(0,1,-
2
z-3
)
…(10分)
則,
n
1
n
2
n
1
n
2
=0
,
1+
2
z(z-3)
=0
…(12分)
z2-3z+2=0,解得,z=1或z=2
所以當(dāng)AD=1或AD=2時,平面DBC與平面DEF成直二面角…(14分)
點(diǎn)評:本題考查的知識點(diǎn)是用空間向量求平面間的夾角,直線與平面平行的判定,其中(I)的關(guān)鍵是證得AO∥GD,(II)中方法一的關(guān)鍵是確定∠BDE即為二面角的平面角,方法二的關(guān)鍵是建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系將二面角問題轉(zhuǎn)化為向量夾角問題.
練習(xí)冊系列答案
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(2011•浙江模擬)已知△ABC中,AB=AC=4,BC=4
3
,點(diǎn)D為BC邊的中點(diǎn),點(diǎn)P為BC邊所在直線上的一個動點(diǎn),則
AP
AD
滿足( 。

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x2
a2
-
y2
b2
=1(a>0,b>0)
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