解答题

18)(本小题满分12分)

如图,在棱长为1的正方体ABCDA1B1C1D1中,点E是棱BC的中点,

F 是棱CD上的动点。

(Ⅰ)试确定点F的位置,使得D1E⊥平面AB1F

(Ⅱ)当D1E⊥平面AB1F时,求二面角C1EFA的大小

(结果用反三角函数值表示)。

 

 

 

                         

 

 

本小题主要考查线面关系和正方体等基础知识,考查空间想象能力和推

是运算能力。满分12分。

解法一:(Ⅰ)连结A1B,则A1BD1E在面ABE1A1风的射影。

∵AB1A1B∴D1EAB1

于是D1E⊥平面AB1FD1EAF

连接DE,则DED1ED 底面ABCD内的射影。

∴D1EAFDEAF

∵ABCD是正方形,EBC的中点,

当且仅当FCD的中点时,DEAF

既当点FCD的中点时,D1F⊥平面AB1F。……6

(Ⅱ)当D1E⊥平面AB1F时,由(Ⅰ)知点FCD的中点。

又已知点EBC的中点,连结EF,则EFBD。连接AC

ACEF交于点H,则CHEF。连结C1H,则CHC1H在底面ABCD内的射影。

∴C1HEF,既∠C1HC上二面角C1EFC的平面角。

Rt△C1CH中,∵C1C=1CH=AC=

C1HC=,从而

故二面角C1EFA的大小为

解法二:以A为坐标标原点,建立如图所未的空间直角坐标系。

(Ⅰ)设DF=,则A000),B100),D010

A1001),B1101D1011),EF10

101),

于是D1E⊥平面

。故当点FCD的中点时,D1E⊥平面AB1F

(Ⅱ)当1E⊥平面AB1F时,FCD的中点。又EBC的中点,连接EF

EFBD。连接AC,设ACEF交于点H,则AHEF。连接C1H,则CHC1H

在底面ABCD内的射影。

∴C1HEF,既∠AHC1是二面角C1EFA的平面角。

∵C1111),H

=

既∠AHC1=

故二面角C1EFA的大小为

 

 

 

 

 

 

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