解答题
(18)(本小题满分12分)
如图,在棱长为1的正方体ABCD-A1、B1、C1、D1中,点E是棱BC的中点,
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C1―EF―A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A1B是D1E在面ABE1A1风的射影。
∵AB1⊥A1B,∴D1E⊥AB1。。
于是D1E⊥平面AB1FD1E⊥AF。
连接DE,则DE是D1ED 底面ABCD内的射影。
∴D1E⊥AFDE⊥AF。
∵ABCD是正方形,E是BC的中点,
∴当且仅当F是CD的中点时,DE⊥AF,
既当点F是CD的中点时,D1F⊥平面AB1F。……6分
(Ⅱ)当D1E⊥平面AB1F时,由(Ⅰ)知点F是CD的中点。
又已知点E是BC的中点,连结EF,则EF∥BD。连接AC;
设AC与EF交于点H,则CH⊥EF。连结C1H,则CH是C1H在底面ABCD内的射影。
∴C1H⊥EF,既∠C1HC上二面角C1-EF-C的平面角。
在Rt△C1CH中,∵C1C=1,CH=,AC=。
∴。
∴∠C1HC=,从而。
故二面角C1-EF-A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A(0,0,0),B(1,0,0),D(0,1,0)
A1(0,0,1),B1(1,0,1)D1(0,1,1),E,F(,1,0)
∴,(1,0,1),。
于是D1E⊥平面。
既。故当点F是CD的中点时,D1E⊥平面AB1F。
(Ⅱ)当1E⊥平面AB1F时,F是CD的中点。又E是BC的中点,连接EF,
则EF∥BD。连接AC,设AC与EF交于点H,则AH⊥EF。连接C1H,则CH是C1H
在底面ABCD内的射影。
∴C1H⊥EF,既∠AHC1是二面角C1-EF-A的平面角。
∵C1(1,1,1),H,。
∴,。
∴
=。
既∠AHC1=
故二面角C1-EF-A的大小为。
本课件完全公益,使用过程中有任何问题,或想参与新课件制作,请加开心教练QQ:29443574。