题目内容

【题目】如图,四边形ABCD中,ABADADBCAD=6,BC=2AB=4,EF分别在BCAD上,EFAB.现将四边形ABCD沿EF折起,使平面ABEF⊥平面EFDC.

(Ⅰ)若BE=1,是否在折叠后的线段AD上存在一点P,且,使CP∥平面ABEF?若存在,求出λ的值,若不存在,说明理由;

求三棱锥ACDF的体积的最大值,并求出此时二面角EACF的余弦值.

【答案】(1)见解析(2)

【解析】试题分析:(1)过点PMPFDAF于点M,若MP=CE,则四边形MPCE为平行四边形,即有CPME,也就得CP∥平面ABEF,因此由相似比可得λ的值,(2)由面面垂直性质定理得AF⊥平面EFDC,所以AF为高,根据三棱锥体积公式以及基本不等式可得体积最大值;过E作EO⊥CF,则根据三垂线定理可得AO⊥CF,即∠AOE为二面角EACF的平面角,最后通过解三角形得余弦值

试题解析:∵平面ABEF⊥平面EFDC,平面ABEF∩平面EFDCEFFDEF

FD⊥平面ABEF,又AF平面ABEF

FDAF

在折起过程中,AFEF,又FDEFF

AF⊥平面EFDC.

F为原点,FEFDFA分别为xyz轴建立空间直角坐标系.

(I)解法一:若BE=1,则各点坐标如下:

F(0,0,0),A(0,0,1),D(0,5,0),C(2,3,0),

∴平面ABEF的法向量可为=(0,5,0),

λ

λ(),

(0,0,1)+ (0,5,0)=

P

CP∥平面ABEF,则必有,即·=0,

··(0,5,0)=·5=0,

λ

AD上存在一点P,且,使CP∥平面ABEF.

解法二:AD上存在一点P,使CP∥平面ABEF,此时λ.理由如下:

λ时,,可知

过点PMPFDAF于点M,连接EMPC,则有

BE=1,可得FD=5,故MP=3,

EC=3,MPFDEC,故有MPEC,故四边形MPCE为平行四边形,

CPME,又CP平面ABEFME平面ABEF

故有CP∥平面ABEF.

(II)设BEx(0<x≤4),则AFxFD=6-x

V三棱锥ACDF··2·(6-xx (-x2+6x),

∴当x=3时,V三棱锥ACDF有最大值,且最大值为3,

A(0,0,3),D(0,3,0),C(2,1,0),E(2,0,0),

=(2,0,-3),=(2,1,-3),=(0,0,3),=(2,1,0),

设平面ACE的法向量m=(x1y1z1),

,即

x1=3,则y10z1=2,则m(3,0,2)

设平面ACF的法向量n=(x2y2z2),

,即

x2=1,则y2=-2,z2=0,则n=(1,-2,0),

则cos〈mn〉=

故二面角EACF的余弦值为.

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