分析:解法一:(Ⅰ)C、D、E、F四點(diǎn)不共面.利用反證法進(jìn)行證明;
(Ⅱ)作MT⊥FD于T,連接BT,則由三垂線逆定理可知BT⊥FD,所以∠MTB就是所求二面角的平面角,從而可求得結(jié)論;
解法二:以D為原點(diǎn),DC為x軸,DA為y軸建立右手直角坐標(biāo)系(Ⅰ)若C、D、E、F四點(diǎn)共面,則存在實(shí)數(shù)λ,μ使得
=λ+μ,確定所得方程組無解即可;
(Ⅱ)確定
平面AFD的一個(gè)法向量,求出平面BDF的法向量,利用向量的夾角公式,即可得到結(jié)論.
解答:解法一:
(Ⅰ)C、D、E、F四點(diǎn)不共面.
證明:假設(shè)C、D、E、F四點(diǎn)共面.
因?yàn)镋F∥AB,AB⊆平面ABCD,EF?平面ABCD,所以EF∥平面ABCD,
因?yàn)镋F⊆平面CDEF,且平面ABCD∩平面CDEF=CD,所以EF∥CD,
又EF∥AB,所以AB∥CD,這與已知矛盾.
所以假設(shè)不成立,因此C、D、E、F四點(diǎn)不共面.------(6分)
(Ⅱ)因?yàn)槠矫鍭BEF⊥平面ABCD,且AF⊥AB,所以AF⊥平面ABCD,
所以平面AFD⊥平面ABCD.
△ABD為正三角形,連接BM,則BM⊥AD,所以BM⊥平面ADF.
作MT⊥FD于T,連接BT,則由三垂線逆定理可知BT⊥FD,所以∠MTB就是所求二面角的平面角.---------(9分)
不妨設(shè)AB=2,則
BM=.
由于
cos∠MTB=,所以
tan∠MTB=2,所以
MT=.
由△DMT∽△DFA,可得
==,解得
AF=,所以
k==.--------(14分)
解法二:
以D為原點(diǎn),DC為x軸,DA為y軸建立右手直角坐標(biāo)系.不妨設(shè)AB=2,則AF=2k.
所以D(0,0,0),
C(,0,0),
B(,1,0),A(0,2,0),F(xiàn)(0,2,2k),
E(,1,2k).--------(3分)
(Ⅰ)若C、D、E、F四點(diǎn)共面,則存在實(shí)數(shù)λ,μ使得
=λ+μ,即
,λ,μ無解,
因此C、D、E、F四點(diǎn)不共面.--------(6分)
(Ⅱ)因?yàn)槠矫鍭BEF⊥平面ABCD,且AF⊥AB,所以AF⊥平面ABCD,所以AF⊥DC,又因?yàn)锳D⊥DC,所以DC⊥平面AFD,所以
平面AFD的一個(gè)法向量.
設(shè)平面BDF的法向量為
=(x,y,z),則有
,
即
,則可以得到其中的一個(gè)法向量為
=(1,-,).
由因?yàn)槎娼茿-FD-B的余弦值為
,所以
=,解得
k=.----------------(14分)