题目内容
【题目】如图,在长方体ABCD﹣HKLE中,底面ABCD是边长为3的正方形,对角线AC与BD相交于点O,点F在线段AH上且,BE与底面ABCD所成角为.
(1)求证:AC⊥BE;
(2)M为线段BD上一点,且,求异面直线AM与BF所成角的余弦值.
【答案】(1)见解析;(2)
【解析】
(1)推导出DE⊥AC,AC⊥BD,从而AC⊥平面BDE.由此能证明AC⊥BE.
(2)推导出∠DBE为直线BE与平面ABCD所成的角,∠DBE,在DE上取一点G,使DGDE,连接FG,则四边形FBCG为平行四边形,BF∥CG,在BD上取一点N,使DN=BM,推导出AM∥CN,从而∠GCN(或其补角)为异面直线AM与BF所成的角,由余弦定理能求出异面直线AM与BF所成角的余弦值.
解:(1)证明:因为在长方体ABCD﹣HKLE中,有DE⊥平面ABCD,
所以DE⊥AC,
因为四边形ABCD是正方形,所以AC⊥BD,
又BD∩DE=D,从而AC⊥平面BDE.
而BE平面BDE,
所以AC⊥BE.
(2)因为在长方体ABCD﹣HKLE中,有BE与平面ABCD所成角为,
由(1)知∠DBE为直线BE与平面ABCD所成的角,
所以∠DBE,
所以.
由AD=3可知,
所以AH=3,
又2,
即AFAH,
故,
在DE上取一点G,使DGDE,
连接FG,
则在长方体ABCD﹣HKLE中,有FG∥AD∥BC,
且FG=AD=BC,
所以四边形FBCG为平行四边形,
所以BF∥CG,
在BD上取一点N,使DN=BM,
因为BM,BD=3,
所以DN=BM,
所以在正方形ABCD中,ON=OM,
所以△CON≌△AOM,
所以∠CNO=∠
所以AM∥CN,
所以∠GCN(或其补角)为异面直线AM与BF所成的角,
在△GNC中,GC=BF,
在△AMB中,由余弦定理得AM,
则CN=AM,
又GN2,
在△GNC中,由余弦定理得:
cos∠GCN.
故异面直线AM与BF所成角的余弦值为.