题目内容

【题目】如图,是边长为2的正方形,平面平面,且是线段的中点,过作直线是直线上一动点.

1)求证:

2)若直线上存在唯一一点使得直线与平面垂直,求此时二面角的余弦值.

【答案】(1)见解析;(2)

【解析】

1)先证EO⊥面ABCD,进而可得BC⊥面EOF,从而可证OFBC

2)由(1)可得平面,得到两两垂直,可建立空间直角坐标系,由条件得到,转化为向量,从而,转化为关于的方程有唯一实数解,得到,又判断∠BFC为二面角BOFC的平面角,利用向量夹角公式可求二面角BOFC的余弦值.

1)因为中点,故

又因为平面平面,平面平面

平面,所以

因为,所以

平面

所以.

2)设的中点为,则有,由(1),平面

所以两两垂直.可如图建立空间直角坐标系.

依题意设点的坐标为,点的坐标为,又

所以

由(1)知,故与平面垂直,等价于

,从而,即

直线上存在唯一一点使得直线与平面垂直,即关于的方程有唯一实数解.

所以,解得,此时.

故点的坐标为,点的坐标为.

因为平面,所以

所以即二面角的平面角.

因为

所以

即若直线上存在唯一一点使得直线与平面垂直时,

所以二面角的余弦值为.

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