题目内容

【题目】正方体ABCDA1B1C1D1 的棱长为 2,且AC BD 交于点OE 为棱DD1 中点,以A 为原点,建立空间直角坐标系Axyz,如图所示.

(Ⅰ)求证:B1O平面EAC

(Ⅱ)若点F EA 上且B1FAE,试求点F 的坐标;

(Ⅲ)求二面角B1EAC 的正弦值.

【答案】(Ⅰ)见解析;(Ⅱ) (Ⅲ)

【解析】

证明:(I) 由题设知下列各点的坐标A(0, 0, 0),B(2, 0, 0),C (2, 2, 0),

D (0, 2, 0),E (0, 2, 1),B1(2, 0, 2)

O是正方形ABCD的中心,O (1, 1, 0)

= (1, 1, 2)= (2, 2, 0)= (0,2, 1)

∴·= (1, 1, 2)·(2, 2, 0)

= 1·2 + 1·22·0 = 0

·= (1, 1, 2)·(0, 2, 1)

= 1·0 + 1·22·1 = 0

B1O ACB1OAE

B1O平面ACE

(II) F点在AE上,可设点F的坐标为F (0, 2l,l)

= (2, 2l,l2)

= (2, 2l,l2)·(0, 2, 1) = 5l2 = 0

l= ,

(III) ∵B1O平面EACB1FAE,连结OF,由三垂线定理的逆定理得OFAE

∴∠OFB1即为二面角B1EAC的平面角.

=

=

= =

RtB1OF中,sin∠B1FO= =

故二面角B1EAC的正弦值为

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